Les organosilices sont des matériaux en plein essor, qui combinent les propriétés des fragments organiques et ceux de la matrice siliciée. Ces matériaux hybrides ont trouvé des applications dans les domaines de la catalyse, de l'optique, de l'électronique etc. Ils peuvent être préparés par le procédé sol-gel à partir d'organosilanes contenant des fragments organiques à propriétés désirées. Pour former ces matériaux, il est essentiel de simplifier la préparation des organosilanes fonctionnels en réduisant le nombre d'étapes réactionnelles. Aussi, l'un des buts de cette thèse est de développer une méthode de préparation sélective, universelle et à spectre large pour les organo(trialcoxy)silanes. Dans ce but, la réaction Click de CuAAC, connue comme une approche simple de couplage, a été adaptée pour les composés sensibles à l'eau. En utilisant des azotures ou des alcynes contenant la fonction triéthoxysilane avec des partenaires organiques, nous avons réussi à préparer des séries de précurseurs silylés par réaction Click. La réaction est rapide, quantitative et sélective, et tolère une gamme étendue de substrats. De plus, de nouveaux alcynes et azotures comportant deux fonctions triéthoxysilyle ont été préparés, afin d'être clickés sur différentes molécules organiques. Ces précurseurs bissilylés sont des organo(triéthoxy)silanes clickables, précurseurs de silsesquioxanes pontés. En utilisant des molécules fonctionnelles comportant un seul site de dérivatisation, des organosilanes pontés peuvent être obtenus, présentant un fragment organique pendant. De plus, un précurseur contenant une fonction alcyne protégée a été obtenu, ce qui permettra la formation de matériaux multifonctionnels. Certains des précurseurs sol-gel obtenus ont été transformés en matériaux hybrides par le procédé sol-gel. Ceux contenant des fragments organiques connus comme des ligands chiraux actifs ont été choisis pour des tests en catalyse asymétrique. Par ce biais, des ligands chiraux supportés ont été formés, et testés pour quelques réactions bien connues. De plus, cette thèse s'est intéressée à la nano-structuration de matériaux. Des molécules contenant des systèmes aromatiques et des fonctions urée, capables de s'auto-assembler grâce à des interactions non covalentes, ont été conçues et préparées. Dans certains cas, en particulier les systèmes à base de Binol avec des fonctions urée, des nanostructures régulières ont été observées sur des surfaces localisées. En conclusion, les travaux présentés dans cette thèse ont apporté de nouvelles possibilités pour la synthèse d'organo(triéthoxy)silanes, ainsi que des matériaux hybrides à propriétés et applications ciblées. / Organosilicates are attracting considerable attention, owing to the combined properties of the organic fragment and inorganic silica matrix. These hybrid materials have found application in catalysis, optics, electronics, etc. They can be prepared by the sol-gel hydrolysis of functional organosilanes with the desired properties. To apply these materials in industry, it is essential to make the preparation of these silylated precursors easier and more efficient by reducing the number of reaction steps. Therefore one of the aims of this thesis is to develop a universal, wide scope and selective method of preparation for trialkoxyorganosilanes. For this purposes the “CuAAC reaction”, known for its simple approach, has been adapted for water-sensitive substrates. Using a silylated azide or silylated alkyne with an organic counterpart, we were able to prepare a series of clicked sol-gel precursors. The reaction is quantitative, fast, and selective and tolerates a wide range of substrates. Moreover, new bissilylated alkynes and azides which can be clicked to various organic molecules were prepared. They represent new families of bridged organotrialkoxysilanes to which a desired organic molecule, bearing only one bonding site, can be incorporated as a pending group with a targeted functionality. Furthermore, a bissilylated precursor bearing a protected alkyne function was prepared, allowing the synthesis of bifunctional materials. Some of the prepared precursors were transformed into hybrid silicas by the sol-gel process. Those containing organic molecules known as active chiral ligands for enantioselective reactions were chosen. By this way, supported chiral ligands were formed and we tested their activity according to known reactions. Additionally, in this thesis the structuring of the materials was also attempted. Molecules bearing aromatic systems and urea functions, which are capable of self-organization thanks to the weak non-covalent bonding interactions, were designed and prepared. In some cases, especially Binol systems with urea function, regular nanostructures on localized areas have been observed. Overall, this thesis brings new possibilities in the synthesis of both trialkoxyorganosilanes precursors and hybrid materials with desired properties and applications.

Depuis 2012, les pérovskites hybrides halogénées de type CH3NH3PbX3 (X = I, Br ou Cl) sont apparues comme très prometteuses non seulement dans le domaine du photovoltaïque mais aussi pour les dispositifs émetteurs de lumière comme les diodes électroluminescentes et les lasers. L'un des avantages cruciaux de ces matériaux semiconducteurs est leur méthode de déposition à basse température et en solution. Le réglage de la longueur d'onde d'émission des pérovskites dans tout le spectre visible par de simples substitutions chimiques dans la partie halogénée est un autre atout. En particulier, les pérovskites halogénées montrent une grande efficacité de luminescence dans le vert et pourraient répondre au problème du "green gap" dans les sources laser (le "green gap" fait référence à la baisse d'efficacité des diodes électroluminescente et diodes laser à semi-conducteurs émettant dans le vert).Le travail de doctorat mené ici a porté sur la réalisation d’un laser pompé optiquement à base de la pérovskite hybride CH3NH3PbBr3 émettant dans le vert. La structure réalisée consiste en une microcavité verticale à base d’une couche mince de 100 nanomètres de CH3NH3PbBr3 déposé par "spin-coating" (dépôt par enduction centrifuge), insérée entre un miroir diélectrique et un miroir métallique. Nous avons démontré, à température ambiante, le régime de couplage fort entre le mode photonique de la microcavité et l'exciton de la pérovskite. Ce régime de couplage fort conduit à la création de quasi-particules appelées les exciton-polaritons, qui sont une superposition cohérente d’états photonique et excitonique. En augmentant la puissance injectée optiquement, nous avons obtenu un effet laser dans cette microcavité. L’étude des propriétés d’émission de ce laser met en évidence que nous avons réalisé un laser aléatoire, émettant dans le vert, filtré directionnellement par la courbe de dispersion du polariton de basse énergie. Ce filtrage par la courbe de dispersion du polariton permet le contrôle de la directionnalité de l’émission laser sur une grande gamme d’angles : des angles aussi grands que 22° ont été obtenus expérimentalement. / Since 2012, the hybrid halide perovskites of CH3NH3PbX3 (X = I, Br or Cl) type have emerged as very promising not only in the field of photovoltaics but also for light-emitting devices such as light-emitting diodes and lasers. One of the crucial advantages of these semiconductor materials is their low temperature and solution deposition method. The tuning of the perovskites emission wavelength throughout the visible spectrum by simple chemistry substitutions in the halogenated part is another asset. In particular, the halide perovskites show a high luminescence efficiency in the green and could address the "green gap" problem in laser sources (the "green gap" refers to the drop in efficiency of light-emitting diodes and laser diodes emitting in the green).The thesis work carried out here is focused on the development of an optically pumped laser based on the hybrid halide perovskite CH3NH3PbBr3 emitting in the green. The structure consists of a vertical microcavity based on a 100-nanometre thin film of CH3NH3PbBr3 deposited by spin-coating, inserted between a dielectric mirror and a metal mirror. We have demonstrated, at room temperature, the strong coupling regime between the microcavity photonic mode and the exciton of the perovskite. This strong coupling regime leads to the creation of quasi-particles called exciton-polaritons, which are a coherent superposition of photonic and excitonic states. By increasing the optically injected power, we obtained a laser effect in this microcavity. The study of the emission properties of this laser shows that we have produced a random laser, emitting in the green, filtered directionally by the dispersion curve of the lower polariton. This filtering by the polariton dispersion curve allows the directionality of the laser emission to be controlled over a wide range of angles: angles as large as 22° were obtained experimentally.

La tubuline est une protéine essentielle de la cellule. En polymérisant sous forme de microtubules, elle crée notamment le fuseau mitotique le long duquel migrent les chromosomes pendant la mitose. Les médicaments qui inhibent la polymérisation et/ou la dépolymérisation de la tubuline sont des composés majeurs de la thérapie anticancéreuse. Les vinca-alcaloïdes en sont des représentants importants. Ils induisent la mort des cellules par apoptose, en inhibant la dynamique des microtubules. D’autres molécules d’origine naturelle, comme la phomopsine A, se fixent sur la tubuline à proximité ou dans le même site de fixation que celui des vinca-alcaloïdes. C’est la raison pour laquelle nous avons envisagé d’élaborer des composés antimitotiques hybrides entre la vinblastine et la phomopsine A. Dans ce contexte, deux séries de composés ont été conçues. La première série d’hybrides correspondant à des dérivés de l’anhydrovinblastine fonctionnalisés en position 7’. Cependant, aucune des trois stratégies étudiées n’a permis d’accéder à ces composés. La deuxième série d’hybrides, dérivés de la 7’-homo-anhydrovinblastine a pu être synthétisée grâce à une réaction originale d’insertion d’acétylènes activés au niveau du pont gramine de la vinorelbine, suivie d’une réduction avec un contrôle totale de la régio- et stéréoselectivité. Dans un premier temps, les réactions d’insertion et de réduction ont été mise au point. Ensuite, deux familles d’hybrides portant la chaîne latérale de l’octahydrophomopsine en position 8’ ou 7’ ont été synthétisés. La plupart des composés ainsi obtenus possédent une excellente activité sur la tubuline et sont très cytotoxique. / Tubulin plays a key role in many cellular functions, like cell division. Microtubules, resulting from its polymerisation, form the mitotic spindle along which chromosomes migrate during mitosis. Tubulin-binding molecules are one of the most important classes of anti-cancer agents with major drugs already on the market and many promising compounds in clinical trials. Vinca-alkaloids are one of these antimitotic drugs inhibiting microtubules dynamics. It was shown that the vinca binding site partially overlaps with that of others natural products, like phomopsin A. In order to explore the vinca domain and to elaborate new acute derivatives, we have elaborated antimitotic vinblastine-phomopsin hybrids. We were interested in the synthesis of two series of hybrids. The first, corresponding to 7’-anhydrovinblastine derivatives could not be obtained. None of the three studied strategies lead to desired compounds. The second series of hybrids, corresponding to functionnalized 7’-homo-anhydrovinblastine derivatives, could be synthetised by an original and regioselective insertion reaction, followed by a stereoselective reduction. Firstly, the isertion reaction was studied using different activated acetylenes. Then, two different families of hybrids were obtained, thanks to the selective insertion of the octahydrophomopsin lateral chain in position 8’ or 7’. Almost all the compounds were highly active on tubulin and very cytotoxic.

Le développement de variétés productives et adaptées aux conditions de déficit hydrique est toujours au cœur du défi de l'amélioration variétale chez le tournesol. Pour une nouvelle orientation de la sélection, ce travail se propose d'identifier de nouvelles cibles phénotypiques au travers d'une démarche couplant le phénotypage écophysiologique, la modélisation biophysique et la génétique quantitative. Les cibles potentielles ont été identifiées sur la base de leur variabilité génotypique, leur impact sur le rendement, leur héritabilité et leur facilité de mesure. Des paramètres génotypiques du modèle SUNFLO-CLIMATOR relatifs à la phénologie, l'architecture foliaire et l'accès aux réserves hydriques du sol ont été testés. 19 lignées et 125 hybrides ont été phénotypés au champ et sous serre. La structure génétique des populations d'hybrides a permis d'évaluer l'héritabilité des paramètres génotypiques et leur mode de transmission.La date thermique de la floraison a présenté la variabilité génotypique la plus restreinte, mais l'héritabilité la plus élevée (H²=0.78). Ce trait est un bon indicateur de la précocité de la floraison mais peu pertinent pour améliorer la précocité à la maturité. La date de la maturité physiologique a présenté un déterminisme environnemental important et une amélioration de sa représentation dans le modèle est nécessaire. Les traits caractéristiques de l'architecture ont présenté la plus grande variabilité génotypique. Leur héritabilité était par contre peu élevée (0.20 ≤ H² ≤ 0.39). L'interaction des traits architecturaux était plus importante que leur contribution individuelle dans la variabilité de la productivité. Des investigations plus approfondies sur l'interaction des traits d'architecture devraient apporter plus de précision sur la stratégie d'intégration de ces caractères en sélection. L'utilisation du trait, position de la plus grande feuille, A2gen, et surface foliaire de la plus grande feuille, A3gen, en sélection sur valeur propre des lignées, peut cependant déjà permettre une amélioration de l'efficience d'interception des hybrides durant la phase reproductive et particulièrement dans des conditions de déficit hydrique en fin de cycle. Le trait Indice d'extraction de l'eau IEgen caractéristique de la capacité d'extraction de l'eau du sol, constitue le trait le plus prometteur. Il présente une héritabilité élevée (0.77 ≤ H² ≤ 0.83). La réponse du rendement à sa variabilité est linéaire, avec un gain de 0.8 à 1.5 q ha-1 pour une augmentation de 1 % de la teneur en eau minimale d'extraction de l'eau.La recherche de marqueurs moléculaires pour ces paramètres génotypiques d'intérêt peut être faite et dans le but d'une stratégie de sélection assistée par la modélisation biophysique et le marquage moléculaire. / This work was an attempt to assist sunflower breeding program by crop physiology knowledge to sustain and to improve productivity under water deficit. The approach was based on using SUNFLO-CLIMATOR, a biophysical crop modelling to identify the limiting factors to plant productivity. These factors were considered as potential new traits for breeding program. Their assessment for this objective corresponded to four criteria: genotypic variability, impact on plant productivity, heritability and simplified phenotyping method. Thus, traits related to genotypic parameters of three processes were analysed: phenology, architecture and soil water uptake. Their variability was evaluated on field and greenhouse experiments carried out with 19 inbred lines and 125 hybrids. Sensitivity analysis of plant yield, simulated with SUNFLO-CLIMATOR model, was then done to estimate the impact of the parameter variability among the studied genotypes. Quantitative genetic analyses were used to evaluate their heritability and the combining ability of the parental inbred lines.Large phenotypic variability was observed for each parameter with a significant “genotype” effect. Thermal time for flowering displayed high heritability about H² = 0.78. Thermal time to physiological maturity (M3) displayed high environmental effect on its variability. Its genotypic variability would probably need new way of modelling such as the development of a seed growth module. Architectural traits related to canopy size and shape presented also lower heritability (0.20 ≤ H² ≤ 0.39) and their impact on plant productivity depends on their interaction. However the trait position of the largest leaf A2gen and its leaf area A3gen could be yet used to screen the best inbred lines for improving radiation interception efficiency of the hybrids during the grain-filling phase.Root depth is a relevant trait for deeper soil. Its access remains difficult and time consuming. For shallower or medium depth soil, higher water extraction capacity seemed allow higher plant yield with linear relationship about 0.8 – 1.5 q ha-1 more per 1% decrease of soil water content minimal for water extraction. The index of water extraction (IEgen) displayed high value of heritability (0.77 ≤ H² ≤ 0.83). The genotypic parameters A2gen, A3gen, IEgen were confirmed with genetic resources to enhance plant productivity under water deficit. Research for their molecular marker would be a next step for this work and an issue for a new selection assisted by marker molecular and plant modelling.

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Les compagnies pétrolières s'appuient sur le HPC pour accélérer les algorithmes d'imagerie profondeur. Les grappes de CPU et les accélérateurs matériels sont largement adoptés par l'industrie. Les processeurs graphiques (GPU), avec une grande puissance de calcul et une large bande passante mémoire, ont suscité un vif intérêt. Cependant le déploiement d'applications telle la Reverse Time Migration (RTM) sur ces architectures présente quelques limitations. Notamment, une capacité mémoire réduite, des communications fréquentes entre le CPU et le GPU présentant un possible goulot d'étranglement à cause du bus PCI, et des consommations d'énergie élevées. AMD a récemment lancé l'Accelerated Processing Unit (APU) : un processeur qui fusionne CPU et GPU sur la même puce via une mémoire unifiée. Dans cette thèse, nous explorons l'efficacité de la technologie APU dans un contexte pétrolier, et nous étudions si elle peut surmonter les limitations des solutions basées sur CPU et sur GPU. L'APU est évalué à l'aide d'une suite OpenCL de tests mémoire, applicatifs et d'efficacité énergétique. La faisabilité de l'utilisation hybride de l'APU est explorée. L'efficacité d'une approche par directives de compilation est également étudiée. En analysant une sélection d'applications sismiques (modélisation et RTM) au niveau du noeud et à grande échelle, une étude comparative entre CPU, APU et GPU est menée. Nous montrons la pertinence du recouvrement des entrées-sorties et des communications MPI par le calcul pour les grappes d'APU et de GPU, que les APU délivrent des performances variant entre celles du CPU et celles du GPU, et que l'APU peut être aussi énergétiquement efficace que le GPU. / In an exploration context, Oil and Gas (O&G) companies rely on HPC to accelerate depth imaging algorithms. Solutions based on CPU clusters and hardware accelerators are widely embraced by the industry. The Graphics Processing Units (GPUs), with a huge compute power and a high memory bandwidth, had attracted significant interest.However, deploying heavy imaging workflows, the Reverse Time Migration (RTM) being the most famous, on such hardware had suffered from few limitations. Namely, the lack of memory capacity, frequent CPU-GPU communications that may be bottlenecked by the PCI transfer rate, and high power consumptions. Recently, AMD has launched theAccelerated Processing Unit (APU): a processor that merges a CPU and a GPU on the same die, with promising features notably a unified CPU-GPU memory. Throughout this thesis, we explore how efficiently may the APU technology be applicable in an O&G context, and study if it can overcome the limitations that characterize the CPU and GPU based solutions. The APU is evaluated with the help of memory, applicative and power efficiency OpenCL benchmarks. The feasibility of the hybrid utilization of the APUs is surveyed. The efficiency of a directive based approach is also investigated. By means of a thorough review of a selection of seismic applications (modeling and RTM) on the node level and on the large scale level, a comparative study between the CPU, the APU and the GPU is conducted. We show the relevance of overlapping I/O and MPI communications with computations for the APU and GPUclusters, that APUs deliver performances that range between those of CPUs and those of GPUs, and that the APU can be as power efficient as the GPU.

Dans ce travail, nous présentons dans la première partie la substitution du molybdène par du tungstène dans les anions de type Keplerates, [{Mo6}12Mo30O312E60(AcO)30]42- (E = O or S). L'introduction du tungstène dans le milieu de synthèse a entraîné l'isolement d'une série de composés, [{WxMo6- x}12Mo30O312E60(AcO)30]42-, avec une teneur en métal variable dans leurs unités pentagonales {M6}. Une observation remarquable a révélé l'occupation sélective de la position centrale dans l'unité pentagonale par les atomes W. Cette observation a été étendue à d'autres structures telles que les roues du bleu du molybdène [Mo154O462H14(H2O)70]14- et l’anion Krebs [Mo36O112(H2O)16]8- qui ont également montré la même occupation préférentielle des atomes W pour le site héptavalent, au centre du pentagone. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur l’élaboration d'un matériau hybride à trois composantes à base de polyoxométallates (POM), de clusters métalliques et de - cyclodextrine ( -CD). La conception de ce matériau suivant une approche synthétique basée sur la propagation à l’infini des interactions spécifiques entre la CD et les deux types d'unités inorganiques. Dans la dernière partie, nous étendons l’étude des interactions CD-POM aux structures POMs géantes telle que l’anneau du bleu du molybdène. Une complexation non conventionnelle résulte de l'encapsulation du macrocycle organique dans la cavité centrale du l’anneau inorganique anionique. Accroître la complexité du système en introduisant une troisième espèce, conduit à la formation d'un assemblage supramoleculaire hybride par agencement hiérarchique des molécules organiques et inorganiques / In this work, we report in the first part the substitution of molybdenum by tungsten within Keplerate-type anions [{Mo6}12Mo30O312E60(AcO)30]42- (E = O or S). Introducing tungsten to the synthesis medium resulted in the isolation of a series of compounds, [{WxMo6- x}12Mo30O312E60(AcO)30]42, with variable metal content within their pentagonal units {M6}. An outstanding observation revealed the selective occupation of the central position in the pentagonal unit by the W atoms. This revelation was stretched to reach other historical structures as Mo-blue wheel [Mo154O462H14(H2O)70]14- and Krebs [Mo36O112(H2O)16]8- anions that also showed the same preferential occupation of W atoms for the heptacoordinated site. In the second part, we focus on the fabrication of a three-component hybrid material based on polyoxometalates (POMs), metallic clusters and -cyclodextrin ( -CD). Investigation of such material has been conducted using bottom-up approach by investigating the specific interactions between CD and both types ofinorganic units. Finally, the three componentsassociate together to give a well orderedpolymer-like hybrid chain that is derived ashydrogel and single crystals. In the last part, we extend the CD-POMinvestigation to reach giant POM structures asthe Mo-blue ring. A non-conventional complexation results from this interaction explained by the encapsulation of the organic macrocycle within the inorganic torus. Increasing the complexity of the system by introducing a third species provoked the formation of a hierarchical hybrid assembly.

Les perovskites organiques-inorganiques en halogénures de plomb sont des matériaux très prometteurs pour la prochaine génération de cellules solaires avec des avantages intrinsèques tels que leur faible coût de fabrication (grande disponibilité des matériaux de base et leur mise en œuvre à basse température) et leur bon rendement de conversion photovoltaïque. Cependant, les cellules solaires pérovskites sont encore instables et montrent des effets d'hystérésis courant-tension délétères. Dans cette thèse, des résultats de l’analyse physique de couches minces de pérovskite à base de CH3NH3PbI3-xClx et de cellules solaires ont été présentés. Les caractéristiques de transport électrique et les processus de vieillissement ont été étudiés avec différentes approches.Dans une première étape, la synthèse du matériau pérovskite a été optimisée en contrôlant les conditions de dépôt des films en une seule étape telles que la vitesse de rotation (6000 rpm) de la tournette et la température de recuit des films (80 °C). Dans un second temps, des cellules solaires perovskites à base de CH3NH3PbI3-xClx ont été fabriquées en utilisant la structure planaire inversée et caractérisées optiquement et électriquement.Grace à l’utilisation de la spectroscopie optique à décharge luminescente (GDOES), un déplacement des ions halogénures a été observé expérimentalement et de façon directe sous l’application d’une tension électrique. Une longueur de diffusion ionique de 140 nm et un rapport de 65% d'ions mobiles ont été déduits. Il est montré que l'hystérésis courant-tension dans l'obscurité est fortement affectée par la migration des ions halogénures provoquant un écrantage substantiel du champ électrique appliqué. Nous avons donc trouvé sous obscurité un décalage de la tension à courant nul jusque 0,25 V et un courant de fuite jusque 0,1 mA / cm2 en fonction des conditions de mesure. Grâce aux courbes courant-tension en fonction de la température, nous avons déterminé la température de transition de la conductivité ions/électrons à 260K et analysé les résultats expérimentaux en utilisant l'équation de Nernst- Einstein donnant une énergie d'activation de 0.253 eV pour les ions mobiles.Enfin, le processus de vieillissement de la cellule solaire a été étudié avec des mesures optiques et électriques. Nous avons déduit que le processus de vieillissement apparaît d'abord à la surface des cristaux de pérovskite ainsi qu’aux joints de grains. Les mesures GDOES nous indiquent que les caractéristiques électriques des cellules pérovskites sont perdues par une corrosion progressive de l'électrode supérieure en argent causée par la diffusion des ions iodures. / Organic-inorganic lead halide perovskites are very promising materials for the next generation of solar cells with intrinsic advantages such as a low-cost material due to the availability of source materials and low-temperature solution processing as well as a high power conversion efficiency of the sunlight. However, perovskite solar cells are still unstable and show deleterious current-voltage hysteresis effects. Inthis thesis, analyses of CH3NH3PbI3-xClx based perovskite thin films and solar cells are presented. The electrical transport characteristics and the ageing processes are investigated using different approaches.The synthesis of the halide perovskite materials is optimized in a first step by controlling the deposition conditions such as annealing temperature (80°C) and spinning rate (6000 rpm) in the one step-spin-casted process. CH3NH3PbI3-xClx based perovskite solar cells are then fabricated in the inverted planar structure and characterized optically and electrically in a second step.Direct experimental evidence of the motion of the halide ions under an applied voltage has been observed using glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Ionic diffusion length of 140 nm and ratio of mobile iodide ions of 65 % have been deduced. It is shown that the current-voltage hysteresis in the dark is strongly affected by the halide migration which causes a substantial screening of the applied electric field. Thus we have found a shift of voltage at zero current (< 0.25 V) and a leakage current (< 0.1 mA/cm2) in the dark versus measurement condition. Through the current-voltage curves as a function of temperature we have identified the freezing temperature of the mobile iodides at 260K. Using the Nernst-Einstein equation we have deduced a value of 0.253 eV for the activation energy of the mobile ions.Finally, the ageing process of the solar cell has been investigated with optical and electrical measurements. We deduced that the ageing process appear at first at the perovskite grain surface and boundaries. The electrical characteristics are degraded through a deterioration of the silver top-electrode due to the diffusion of iodides toward the silver as shown by GDOES analysis.

Les réseaux de transport multimodaux modernes sont essentiels pour la durabilité écologique et l’aisance économique des agglomérations urbaines, par conséquent aussi pour la qualité de vie de leurs habitants. D’ailleurs, le bon fonctionnement sur le plan de la compatibilité entre les différents services et lignes est essentiel pour leur acceptation, étant donné que (i) la plupart des trajets nécessitent des changements entre les lignes et que (ii) des investissements coûteux, dans le but de créer des liens plus directs avec la construction de nouvelles lignes ou l’extension de lignes existantes, ne sont pas à débattre. Une meilleure compréhension des interactions entre les modes et les lignes dans le contexte des transferts de passagers est ainsi d’une importance cruciale. Toutefois, comprendre ces transferts est singulièrement difficile dans le cas de situations inhabituelles comme des incidents de passagers et/ou si la demande dévie des plans statistiques à long terme. Ici le développement et l’intégration de modèles mathématiques sophistiqués peuvent remédier à ces inconvénients. À ce propos, la supervision via des modèles prévoyants représente un champ d’application très prometteur, analysée ici. La supervision selon des modèles prévoyants peut prendre différentes formes. Dans le présent travail, nous nous intéressons à l’analyse de l’impact basé sur des modèles de différentes actions, comme des départs en retard de certains véhicules après un arrêt, appliqué sur le fonctionnement du réseau de transport et sa gestion de situations de stress qui ne font pas partie des données statistiques. C’est pourquoi nous introduisons un nouveau modèle, un automate hybride avec une dynamique probabiliste, et nous montrons comment ce modèle profondément mathématique peut prédire le nombre de passagers dans et l’état de fonctionnement du véhicule en question du réseau de transport, d’abord par de simples estimations du nombre de tous les passagers et la connaissance exacte de l’état du véhicule au moment de l’incident. Ce nouvel automate réunit sous un même regard les passagers demandeurs de services de transport à parcours fixes ainsi que les véhicules capables de les assurer. Il prend en compte la capacité maximale et le fait que les passagers n’empruntent pas nécessairement des chemins efficaces, dont la représentation sous la forme d’une fonction de coût facilement compréhensible devient nécessaire. Chaque passager possède son propre profil de voyage qui définit un chemin fixe dans l’infrastructure du réseau de transport, et une préférence pour les différents services de transport sur son chemin. Les mouvements de véhicules sont inclus dans la dynamique du modèle, ce qui est essentiel pour l’analyse de l’impact de chaque action liée aux mouvements de véhicule. De surcroît, notre modèle prend en compte l’incertitude qui résulte du nombre inconnu de passagers au début et de passagers arrivant au fur et à mesure. Comparé aux modèles classiques d’automates hybrides, notre approche inspirée du style des réseaux de Pétri ne requiert pas le calcul de ces équations différentielles à la main. Ces systèmes peuvent être dérivés de la représentation essentiellement graphique d’une manière automatique pour le calcul en temps discret d’une prévision. Cette propriété de notre modèle réduit le risque de précisions faites par des humains et les erreurs qui en résulteraient. Après avoir introduit notre nouveau modèle, nous développons dans ce rapport également quelques éléments constitutifs sous la forme d'algorithmes qui visent les deux types d'impasses qui sont probables d'occurir pendant la simulation faisant un pronostic, c-à-d l'intégration numérique des systèmes de haute dimension d'équations différentielles et l'explosion combinatoire de son état discret. En plus, nous prouvons la faisabilité des calculs et nous montrons les bénéfices prospectifs de notre approche dans la forme de quelques tests simplistes et quelques cas plus réalistes. / Without any doubt, modern multimodal transportation systems are vital to the ecological sustainability and the economic prosperity of urban agglomerations, and in doing so to the quality of life of their many inhabitants. Moreover it is known that a well-functioning interoperability of the different modes and lines in such networked systems is key to their acceptance given the fact that (i) many if not most trips between different origin/destination pairs require transfers, and (ii) costly infrastructure investments targeting the creation of more direct links through the construction of new or the extension of existing lines are not open to debate. Thus, a better understanding of how the different modes and lines in these systems interact through passenger transfers is of utmost importance. However, acquiring this understanding is particularly tricky in degraded situations where some or all transportation services cannot be provided as planned due to e.g. some passenger incident, and/or where the demand for these scheduled services deviates from any statistical long term-plannings. Here, the development for and integration of sophisticated mathematical models into the operation of such systems may provide remedy, where model-predictive supervision seems to be one very promising area of application which we consider here. Model-predictive supervision can take several forms. In this work, we focus on the model-based impact analysis of different actions, such as the delayed departure of some vehicle from a stop, applied to the operation of the considered transportation system upon some downgrading situation occurs which lacks statistical data. For this purpose, we introduce a new stochastic hybrid automaton model, and show how this mathematically profound model can be used to forecast the passenger numbers in and the vehicle operational state of this transportation system starting from estimations of all passenger numbers and an exact knowledge of the vehicle operational state at the time of the incident occurrence. Our new automaton model brings under the same roof, all passengers who demand fixed-route transportation services, and all vehicles which provide them. It explicitly accounts for all capacity-limits and the fact that passengers do not necessarily follow efficient paths which must be mapped to some simple to understand cost function. Instead, every passenger has a trip profile which defines a fixed route in the infrastructure of the transportation system, and a preference for the different transportation services along this route. Moreover, our model does not abstract away from all vehicle movements but explicitly includes them in its dynamics, which latter property is crucial to the impact analysis of any vehicle movement-related action. In addition our model accounts for uncertainty; resulting from unknown initial passenger numbers and unknown passenger arrival flows. Compared to classical modelling approaches for hybrid automata, our Petri net-styled approach does not require the end user to specify our model's many differential equations systems by hand. Instead, all these systems can be derived from the model's predominantly graphical specification in a fully automated manner for the discrete time computation of any forecast. This latter property of our model in turn reduces the risk of man-made specification and thus forecasting errors. Besides introducing our new model, we also develop in this report some algorithmic bricks which target two major bottlenecks which are likely to occur during its forecast-producing simulation, namely the numerical integration of the many high-dimensional systems of stochastic differential equations and the combinatorial explosion of its discrete state. Moreover, we proof the computational feasibility and show the prospective benefits of our approach in form of some simplistic test- and some more realistic use case.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019. / Les Matériaux à Changement de Phase (MCP), par stockage de chaleur latente, peuvent améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. En saison froide, ils peuvent emmagasiner de la chaleur durant le jour pour qu’elle soit relâchée durant la nuit, réduisant le besoin en chauffage. En saison chaude, ils peuvent permettre, moyennant une ventilation nocturne adaptée, de réduire la surchauffe des bâtiments. Afin d’optimiser le bénéfice énergétique, l’intégration de MCP doit être minutieusement réfléchie. Ce travail de thèse présente trois grands axes dédiés à l’étude de matériaux hybrides bois/MCP. Le premier axe traite de la mise en forme et de la caractérisation de panneaux décoratifs intérieurs de haute inertie thermique. Le second axe a pour objectif d’évaluer la performance de ces panneaux à l’aide de deux maisonnettes expérimentales instrumentées et placées sur le campus de l’Université LAVAL. Le troisième axe étudie l’imprégnation de la couche de surface d’une Lame de Plancher d’Ingénierie (LPI) avec des microcapsules de MCP. Dans le premier axe, des panneaux intérieurs décoratifs ont été mis en oeuvre. Ils sont constitués de MDF (Medium Density Fiberboard), HDF (High Density Fiberboard) et de différents MCP biosourcés. Les MCP ont été macroencapsulés dans des sachets de polyéthylène avant d’être placés dans les panneaux. Leur stockage de chaleur latente a été mesuré avec un débitmètre thermique selon la méthode Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA). Les panneaux stockent une chaleur latente maximale de 57.1 J/g, ce qui est comparable à des solutions existantes de panneaux embarquant des MCP. Leur comportement thermique a été comparé au comportement des MCP purs testés par DSC (Differential Scanning Calorimetry) et des différences significatives ont été observées. Le comportement hygromécanique des panneaux a été évalué et s’est révélé être une question d’importance en vue d’une d’industrialisation. Dans le deuxième axe, deux maisonnettes expérimentales en ossature légère de bois ont été conçues puis placées sur le campus de l’Université LAVAL. Une maisonnette a été équipée de panneaux en bois standards tandis que l’autre contenait les panneaux bois/MCP. Grâce à l’instrumentation embarquée, la performance insitu des panneaux formulés dans le premier axe a pu être étudiée. Les résultats montrent, en saison de chauffe, une réduction de la consommation en chauffage pour la maisonnette équipée de MCP. Cette réduction atteint un maximum de 41 % pour le mois de mai. Pour le confort d’été, les panneaux permettent généralement d’améliorer le confort thermique, en réduisant la surchauffe. Leur efficacité a cependant été révélée limitée par la solidification limitée du MCP pendant la nuit. Malgré une ventilation importante, lors des nuits les plus chaudes, le matériau n’était pas en mesure de se solidifier. Dans le troisième axe, des couches de surface de Lames de Planchers d’Ingénierie (LPI) ont été imprégnés avec des microcapsules de MCP biosourcés. De l’eau distillée a été utilisée comme solvant. Deux essences de bois ont été choisies : le chêne rouge et l’érable à sucre. Le gain de masse thermique s’est révélé significatif pour le chêne rouge mais négligeable pour l’érable à sucre. Pour le chêne rouge, un bénéfice de masse thermique de 77% a été mesuré. Les microcapsules ont été observées dans le bois par microscopie réflective. Elles se sont révélées être principalement présentes, formant des amas, dans les larges vaisseaux du bois initial pour le chêne rouge. Des microcapsules étaient également présentes dans les vaisseaux de l’érable à sucre, en plus petite quantité. Des tests d’adhésion ont été menés sur des lames de planchers vernis et ces tests n’ont révélé aucune influence significative de l’imprégnation sur la tenue d’un vernis. / Phase Change Materials (PCMs) are able to store a high amount of latent heat, which can improve buildings energy efficiency. During the heating season, solar energy can be stored during the day to be released at night, reducing the heating needs. During summer, daily maximum peak temperature can be reduced. In order to maximize the energy benefits, PCMs have to be implemented carefully. This thesis presents three major axes of research about wood/PCMs hybrid materials. The first axis is about manufacturing and characterizing woodbased decorative panels of high thermal mass. The second axis aims to evaluate the performance of such panels with two instrumented wood-frame test huts placed on LAVAL University Campus. The third axis is about impregnating the lamella of Engineering Wood Flooring (EWF) with PCM microcapsules. For the first axis, interior wood-based decorative panels containing PCMs were manufactured. Medium Density Fiberboard (MDF), was used as the main component and High Density Fiberboard (HDF) was used for the inner side of the panel. Several bio-based PCMs were chosen to load the panels. A macroencapsulation of the PCMs was achieved using polyethylene bags. The latent heat storage of the panels was assessed with a thermal flow meter using a Dynamic Heat Flux Meter Apparatus (DHFMA) method. A maximum latent heat storage of 57.1 J/g has been measured, which is comparable to existing panels containing PCMs. Thermal behavior of pure PCMs has been assessed by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and then compared to the panels behavior. Significant differences have been revealed. Hygromechanical behavior of the panels has been evaluated, compared to a reference, and has been revealed of importance in case of industrialization. For the second axis, two experimental timber-frame test-huts have been implemented and were placed on the LAVAL University campus. One hut was equipped with standard wood panels whereas the other one was equipped with wood-based panels containing PCMs such as manufactured in the first axis. The in-situ performance of the panels was assessed over several seasons. In winter, the panels induced a reduction of the heating consumption. This reduction reached a maximum of 41% in May. During summer, the panels are generally able to reduce the daily peak temperature. However, their performance was found limited by the solidification of the PCM, which was hard to achieve during hottest nights. For the third axis, lamellas of Engineered Wood Flooring (EWF) have been impregnated with bio-based PCM microcapsules, using water as a solvent. Two wood species were chosen: red oak and sugar. A significant thermal mass enhancement of 77% was measured for the red oak. Impregnation of sugar maple was found harder to achieve and thus its thermal mass enhancement was lower. Reflective microscopy allowed to observe the microcapsules filling red oak initial wood big vessels, forming aggregates. Some microcapsules were also observed in the sugar maple vessels but in lower quantity. Red oak was varnished with a 100 % UV solid wood coating and submitted to pull-off adhesion tests. These tests did not reveal any significant effect of an impregnation on the varnish adherence.