Dans divers procédés, comme lors de l'affinage de l'acier, ou bien, dans le retraitement des déchets nucléaires, les interfaces entre deux phases liquides sont le siège de transferts de masse. Ces derniers nécessitent la mise en oeuvre de moyen de brassage pour accélérer la cinétique du transfert des polluants d'une phase vers l'autre.<br /> Cette thèse s'intéresse à l'utilisation des forces électromagnétiques pour agiter, sans contact matériel, le cœur du bain et l'interface afin de contrôler voire d'augmenter la cinétique de ces transferts. Pour cela, deux installations expérimentales complémentaires ont été utilisées :<br />La première a permis de mesurer le transfert d'Indium initialement dissous dans du mercure vers un électrolyte de couverture et le champ des vitesses dans le mercure. Les expériences réalisées ont permis, d'une part de déterminer la topologie des champs de vitesses des écoulements dans le bain de mercure, et d'autre part de compléter les lois d'évolution de la cinétique de transfert en fonction de l'intensité du champ magnétique. Cette évolution est corrélée aux comportements dynamiques de la surface du mercure.<br />La seconde installation a permis de caractériser le transfert d'un élément (Pb, Zr ou Ce) initialement contenu dans un sel fluoré vers une matrice d'antimoine contenant du lithium. Il apparaît que les cinétiques des transferts sont toutes très rapides. Le dispositif proposé est particulièrement efficace lors de transfert du Cérium (limité par l'interface) mais sans action lors de transfert de Zirconium.

Ce travail montre la mise en œuvre d'une technique originale pour le chauffage rapide et bien contrôlé de catalyseurs sous forme de films minces déposés sur un structurant métallique. L'utilisation d'un système à induction électromagnétique adapté à un réacteur catalytique de type annulaire nous a permis d'étudier un certain nombre de matériaux catalytiques, déposés sur acier inoxydable, dans une perspective d'oxydation totale en CO2 et H2O de composés organiques volatiles (COV) présents dans l'air. La combustion de l'isopropanol et du toluène par l'oxygène de l'air a été étudiée en utilisant différents catalyseurs déposés sous forme de films minces: 1%Pt/Al2O3, 0,3%Pt/SnO2, 1%Pt/SnO2 et 1%Pt/YSZ. Les solides ont été préparés par imprégnation des oxydes correspondants par H2PtCl6 puis ont été déposés sur le support d'acier inoxydable par électrophorèse. Les principaux paramètres relatifs au mode de chauffage ont été étudiés de même que l'influence sur la conversion des COV de différents facteurs tels que la quantité de catalyseur, le pourcentage de platine ou la nature du support oxyde employé. Les informations fournies par ce système innovant ont également été comparées pour validation à celles obtenues à l'aide d'un système classique (microréacteur en quartz à lit traversé chauffé de manière conventionnelle) pour une réaction de référence qui est l'oxydation de CO en CO2. Le système décrit dans cette étude présente d'une part un intérêt pratique pour le traitement rapide de contaminations accidentelles de l'air ambiant, mais est aussi un très bon moyen d'obtenir des paramètres cinétiques fiables dans le domaine des catalyseurs en films minces utilisés dans de nombreux réacteurs structurés

La fonctionnalisation « intelligente » des vêtements et accessoires portés par la personne est un phénomène à croissance rapide. L’installation des smartphones dans le quotidien des personnes en une décennie à peine en témoigne. L’autonomie énergétique de ces systèmes est un enjeu important, tant en termes d’ergonomie que de ressources : l’usage de piles ou batteries électrochimiques à l’échelle de milliards d’objets connectés est difficilement envisageable. La récupération d’énergie se pose en alternative pour complémenter ou remplacer ces unités de stockages. Cette thèse explore plusieurs approches pour utiliser l’énergie mécanique de la personne afin d’alimenter un vêtement intelligent en énergie électrique.Après avoir identifié le besoin énergétique d’un vêtement connecté typique, et comparé les possibilités des récupérateurs d’énergie de la littérature, trois formats de récupérateurs d’énergie sont étudiés. Le premier est un générateur inertiel à induction résonant non linéaire, de la taille d’une pile AA et permettant l’exploitation des impacts des pas de la personne. L’étude porte essentiellement sur la modélisation et l’optimisation du système pour l’activité humaine. Le prototype associé présente une densité de puissance supérieure à 500µW/cm3 lors de la course à pied. Le second récupérateur étudié est aussi un générateur inertiel à induction. D’une forme « toroïdale », il exploite le balancier des membres de la personne, et est capable de produire des puissances supérieures au milliwatt lorsqu’il est fixé au niveau du pied ou du bras. Enfin, le troisième concept de récupérateur d’énergie proposé s’appuie sur la transduction électrostatique à capacité variable pour exploiter des déformations dans les vêtements. Le système associe la triboélectricité avec un circuit d’auto-polarisation passif, le doubleur de Bennet. Cette combinaison permet de polariser une capacité variable de façon importante, sans source de tension externe, et ainsi de maximiser l’énergie électrostatique générée. Le dispositif réalisé pour faire la preuve du concept produit ainsi plus de 150µJ par cycle. Cette architecture électrostatique ouvre d’intéressantes possibilités en matière d’ergonomie et d’intégration dans les vêtements. En effet, elle laisse entrevoir le développement de structures étirables et flexibles s’adaptant bien aux contraintes de cette application.La comparaison de ces trois approches est instructive quant aux perspectives de développement du domaine de la conversion de l’énergie mécanique de la personne. / The functionalization of common objects in the human’s environment with electronics is a fast-growing trend, as demonstrated by the emblematic example of smartphones which became almost essential in the everyday life in less than a decade. One important stake of these systems is their power supply, in terms of ergonomics as well as resources: the use of electromechanical batteries to fuel billions of connected “things” is not the most attractive prospect. Energy harvesting techniques may provide an alternative or a complement to the use of these storage units. This thesis explores different structures of generators to efficiently convert the user’s mechanical energy to ensure the electrical self-sufficiency of smart wearables.Based on power requirement considerations for a typical “smart shirt” and comparing human energy harvesters from the literature, different structures are investigated. The first one is an inertial electromagnetic generator, the size of an AA-battery, designed to convert footsteps impacts. A thoroughly modelled and optimized device is able to generate power densities over 500µW/cm3 while attached on the arm during a run. The second considered energy harvester format is a “looped” inertial structure which is adapted to exploit the swing-type motions of the user’s limbs. This system is able to produce milliwatts-level powers from the motion of a small magnetic ball inside the device. Finally, a third generator concept that relies on electrostatic induction was developed, which uses variable capacitance structures to turn clothes deformations into electricity. The architecture of this energy harvester combines the triboelectric effect with a circuit of built-up self-polarization, Bennet’s doubler. It enables high levels of bias voltages without the need of an external source, and thus to maximize the energy generated per electrostatic cycle. A simple test device is shown to produce over 150µJ per cycle. This approach is promising in terms of integration in smart clothing, because it enables the development of flexible and stretchable devices well complying with the comfort requirements of worn systems.The comparison of those three energy harvesters provides an interesting basis for the future developments of energy harvesters converting one’s mechanical energy.

Les méthodes d'induction électromagnétique permettent de caractériser la conductivité électrique des matériaux, dont les corps planétaires telluriques, depuis les couches superficielles de la croûte jusqu'aux zones les plus internes, dans le manteau inférieur. Pour une source de champ électromagnétique donnée, des courants sont induits dans les matériaux qui y sont soumis. Avec l'essor des données magnétiques satellitaires, de nouvelles méthodes d'analyse des données magnétiques permettent d'obtenir des images unidimensionnelles de la structure électrique de ces corps car la structure spatio-temporelle de la source électromagnétique en est bien connue. Les travaux de mon doctorat ont eu pour but de mettre en place une nouvelle méthode d'analyse permettant de déterminer des modèles de structure interne globaux pour n'importe quel corps du système solaire pour lequel on dispose de longues séries temporelles magnétiques satellitaires. Après avoir testé cette méthode sur des modèles synthétiques et l'avoir appliqué au cas de données réelles terrestre pour lesquelles des études d'induction électromagnétiques antérieurs permettent d'avoir un a priori sur le modèle de conductivité électrique attendu, nous avons obtenu les premiers modèles de conductivité électrique martien en utilisant les données magnétiques du satellite Mars Global Surveyor. Ces résultats nous ont permis de valider des modèles de structure interne antérieurs établis à partir d'analyses géochimiques et minéralogiques des météorites martiennes. Cette méthode innovante est aujourd'hui la seule capable d'obtenir une image électrique des manteaux telluriques à partir de données magnétiques satellitaires pour des corps autres que la Terre ou la Lune et pour lesquels aucun a priori sur la structure spatio-temporelle du champ électromagnétique inducteur externe n'est nécessaire. / My Ph.D. work consists in the investigation of satellite magnetic data to infer the deep internal conductivity distribution. I developed a new global electromagnetic induction method applied to planetary magnetic datasets without strong a priori hypothesis on the external inducing source field. My method is based on a spectral correction of gapped data magnetic time series to restore the time spectral content of the source field. This external source depends on the planetary environment and is therefore different for each planetary bodies. The method aims at recovering with a maximum accuracy internal and external spherical harmonic coefficients of transients fields, whose ratio is used as a transfer function to retrieve the internal distribution of electrical conductivity. While for the Earth, a good proxy of the source field activity is the Dst index, no such proxy exists for other planets. Hence, for our study of Mars transient magnetic field from MGS, one of the major part of my work is the determination of an appropriate continuous proxy for the external variability. On Earth the external electromagnetic source is well known, and may be described by a spherical harmonic geometry dominated by the dipole term. This source field may be characterized using a magnetic activity index named the Dst index. The method has been tested on synthetic data generated within the framework of SWARM mission. This mission consists of a 3 satellites constellation. One of the main objectives is to infer the 3D electrical distribution in the deep Earth. SWARM synthetic data consist in a time series of spherical harmonic (SH) coefficients, external and internal, generated from a simple non-realistic 3D model. In this model, several regional and local conductors, in a radially symmetric 3 layers model have been embedded. Using this dataset, our method give satisfactory results. We have been able to obtain the external and internal SH coefficients - for the first SH degree, which is known to be the most energetic degree of the external source - using only one of the 3 synthetic time series. Then, the method has been used on real data from Ørsted. In this case, we had to pre-process the data to correct from ionospheric and aligned currents contributions. We developed a statistical analysis to remove the ionospheric field using 2 geomagnetic indices : AL and Kp. Hence, we have enlarged data toward higher and lower latitudinal zones than what has been done in previous works. Finally, we have been able to obtain 1D conductivity models, which fits reasonably with existing conductivity data in the deep Earth. Finally, we worked on Mars Global Surveyor (MGS) data. One of the most time consuming parts of this work was the determination of an appropriate continuous proxy for the external variability in the vicinity of Mars. Without any measurements of the IMF (Interplanetary Magnetic Field) during MGS sciences acquisition, we have used ACE (Advanced Composition Explorer) data. This satellite orbits around the L1 point of the Sun-Earth system, measuring solar wind magnetic characteristics. We have time-shifted ACE data to Mars position for 4 temporal windows where Mars and Earth were closed to the same Parker's spiral's arm, and finally determined a proxy explaining the major part of the variability observed in Mars data. Despite numerous gaps in MGS data, we have been able to establish the 1D conductivity distribution, fitting reasonably existing geochemical models. Although the method may be unstable for some cases, we obtained satisfactory results for in depth conductivity of the planet.

Le but du projet est de synthétiser un film de polymères à double mémoire de formes avec une sensibilité à la lumière ainsi qu’à un champ magnétique. Afin de rendre le polymère sensible à ces stimuli, des nanoparticules d’oxyde de fer (II,III) furent enrobées d’une couche de polydopamine. Par après, du polycaprolactone et du poly(caprolactone-co-pentadecalactone) furent synthétisés par polymérisation enzymatique à ouverture de cycle. Les polymères furent méthacrylés en fin de chaînes, remplaçant le groupe alcool par une double liaison qui est par la suite utilisée pour une réticulation. Les films de polymères étaient obtenus en combinant les nanoparticules et les polymères via une réaction click de type « thiol-ène ». Des films avec une teneur de nanoparticules de 0 à 1 pour cent en poids furent ainsi synthétisés. L’alternance entre deux formes était possible grâce à deux phénomènes physiques : l’élongation induite par cristallisation et la contraction induite par la fusion. Ces phénomènes sont causés par la fusion et la cristallisation du polycaprolactone, tandis que le poly(caprolactone-co-pentadécalactone) restait maintenu dans un état solide cristallin sur la gamme de températures étudiée. Les films de polymères changeaient de forme en étant chauffés par exposition à la lumière. Les films avec nanoparticules se contractaient quand ils étaient exposés à la lumière et retournaient à leur forme originale quand la lumière était éteinte. Le chauffage par induction avec un champ magnétique alternatif fut aussi un succès. Les films avec nanoparticules se contractaient à l’intérieur d’une bobine de cuivre avec un champ magnétique présent lorsqu’un courant électrique circulait dans la bobine. Les films retournaient à leur forme d’origine lorsque le champ magnétique était coupé. Il fut observé que plus la teneur en nanoparticules au sein du film de polymères était élevée, le plus court le temps de réponse était avant qu’un mouvement de contraction ne soit observé. Aucun changement de volume ne fut observé en chauffant des échantillons de films de polymères de 20 à 60 °C, confirmant, dans les conditions actuelles d’évaluation, que la contraction induite par la fusion et que l’élongation induite par cristallisation se produisent sans causer un changement de volume du film. / The project goal is to synthesize a two-way shape memory polymer that is both magnetically and light responsive. To make the polymer responsive to these stimuli, iron oxide (II, III) nanoparticles with a polydopamine coating were first synthesized. Afterwards, polycaprolactone and poly(caprolactone-co-pentadecalactone) were synthesized by enzymatic ring-opening polymerization. The polymer was then methacrylated at the terminal positions, replacing the alcohol with a double bond which was then used for crosslinking. Polymer films were prepared by combining the nanoparticles and the polymer by a “thiol-ene” click reaction. Films containing from 0 to 1 weight percent of nanoparticles were synthesized. Switching between the two shapes was possible by two physical phenomena: crystallization induced elongation and melting induced contraction. These are caused by the fusion and crystallization of the polycaprolactone network, while the poly(caprolactone-co-pentadecalactone) is consistently maintained in its crystalline solid state in a specific temperature range. The polymer films changed shapes due to heating when exposed to light. Films with nanoparticles contracted when exposed to light and they returned to their original form when the light was turned off. Induction heating with an alternating magnetic field was also successful. The polymer film with magnetic nanoparticles contracted inside a copper coil when the magnetic field was generated by applying electric current to the coil. The film returned to its original shape when the magnetic field was turned off. It was found that the higher the content of nanoparticles in the polymer filler, the shorter the response time was before a contraction movement was observed. No change in the polymer volume during heating of a film sample from 20 to 60 °C was observed, confirming that melting induced contraction and crystallization induced elongation occurred without change in volume under conditions examined.

Ce travail montre la mise en œuvre d'une technique originale pour le chauffage rapide et bien contrôlé de catalyseurs sous forme de films minces déposés sur un structurant métallique. L'utilisation d'un système à induction électromagnétique adapté à un réacteur catalytique de type annulaire nous a permis d'étudier un certain nombre de matériaux catalytiques, déposés sur acier inoxydable, dans une perspective d'oxydation totale en CO2 et H2O de composés organiques volatiles (COV) présents dans l'air. La combustion de l'isopropanol et du toluène par l'oxygène de l'air a été étudiée en utilisant différents catalyseurs déposés sous forme de films minces: 1%Pt/Al2O3, 0,3%Pt/SnO2, 1%Pt/SnO2 et 1%Pt/YSZ. Les solides ont été préparés par imprégnation des oxydes correspondants par H2PtCl6 puis ont été déposés sur le support d'acier inoxydable par électrophorèse. Les principaux paramètres relatifs au mode de chauffage ont été étudiés de même que l'influence sur la conversion des COV de différents facteurs tels que la quantité de catalyseur, le pourcentage de platine ou la nature du support oxyde employé. Les informations fournies par ce système innovant ont également été comparées pour validation à celles obtenues à l'aide d'un système classique (microréacteur en quartz à lit traversé chauffé de manière conventionnelle) pour une réaction de référence qui est l'oxydation de CO en CO2. Le système décrit dans cette étude présente d'une part un intérêt pratique pour le traitement rapide de contaminations accidentelles de l'air ambiant, mais est aussi un très bon moyen d'obtenir des paramètres cinétiques fiables dans le domaine des catalyseurs en films minces utilisés dans de nombreux réacteurs structurés / This study shows the development of an innovative technique for a fast and well-controlled heating of catalysts deposited as thin films on a metallic support. The use of an electromagnetic induction system fitted to an annular catalytic reactor enabled us to study some catalytic materials deposited on stainless steel. The target application was the abatement of volatile organic compounds (VOCs) in the air. Isopropyl alcohol and toluene combustion by the oxygen was studied on various thin films catalysts, i.e. : 1%Pt/Al2O3, 0,3%Pt/SnO2, 1%Pt/SnO2 et 1%Pt/YSZ. Solids were prepared by wet impregnation of the corresponding oxides by H2PtCl6 and were deposited on the stainless steel support using an electrophoretic deposition technique. The main parameters of the heating system were investigated as well as the influence on VOCs abatement of various parameters such as the thickness of catalyst film, the platinum amount and the nature of the oxide. For validation purpose, the data provided by this innovative system were also compared to the ones provided by a classical one (quartz plug-through microreactor heated in a conventional way) in a reference reaction which was CO oxidation into CO2. The system described in this study shows on the one hand a real practical interest for fast remediation of indoor air polluted by VOCs, and on the other hand is a very powerful tool for obtaining kinetic data about thin layer catalysts used in many structured reactors

Les méthodes d'induction électromagnétique permettent de caractériser la conductivité électrique des matériaux, dont les corps planétaires telluriques, depuis les couches superficielles de la croûte jusqu'aux zones les plus internes, dans le manteau inférieur. Pour une source de champ électromagnétique donnée, des courants sont induits dans les matériaux qui y sont soumis. Avec l'essor des données magnétiques satellitaires, de nouvelles méthodes d'analyse des données magnétiques permettent d'obtenir des image unidimensionnelles de la structure électrique de ces corps car la structure spatio-temporelle de la source électromagnétique en est bien connue. Les travaux de mon doctorat ont eu pour but de mettre en place une nouvelle méthode d'analyse permettant de déterminer des modèles de structure interne globaux pour n'importe quel corps du système solaire pour lequel on dispose de longues séries temporelles magnétiques satellitaires. Après avoir testé cette méthode sur des modèles synthétiques et l'avoir appliqué au cas de données réelles terrestre pour lesquelles des études d'induction électromagnétiques antérieurs permettent d'avoir un a priori sur le modèle de conductivité électrique attendu, nous avons obtenu les premiers modèles de conductivité électrique martien en utilisant les données magnétiques du satellite Mars Global Surveyor. Ces résultats nous ont permis de valider des modèles de structure interne antérieurs établis à partir d'analyses géochimiques et minéralogiques des météorites martiennes. Cette méthode innovante est aujourd'hui la seule capable d'obtenir une image électrique des manteaux telluriques à partir de données magnétiques satellitaires pour des corps autres que la Terre ou la Lune et pour lesquels aucun a priori sur la structure spatio-temporelles du champ électromagnétique inducteur externe n'est nécessaire.