Récemment, les actionneurs ioniques ultra-minces à base de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) ont surmonté certains obstacles initiaux pour augmenter le potentiel d'applications dans les dispositifs microfabriqués. Bien que la microfabrication d’actionneurs à trois couches, n’impliquant aucune manipulation manuelle, ait été démontrée, leurs performances mécaniques restent limitées pour des applications pratiques. Le but de cette thèse est d'optimiser les transducteurs dans la phase de fabrication des couches minces en utilisant des micro technologies, de caractériser complètement les propriétés électrochimiques des transducteurs ainsi obtenus, et de développer un modèle pour simuler leurs capacités électromécaniques bidirectionnelles (actionnement et détection). Tout d'abord, les actionneurs à trois couches ultra-minces à base de PEDOT sont fabriqués par polymérisation en phase vapeur de 3,4-éthylènedioxythiophène en réalisant un procédé de synthèse couche par couche. Le travail présenté constitue la première caractérisation complète de microactionneurs ioniques à base de PEDOT fonctionnant dans l’air d’une si faible épaisseur (17 μm) présentant une déformation en flexion et une génération de force de 1% et 12 μN respectivement. En effet, les propriétés électriques, électrochimiques et mécaniques des microactionneurs ont été minutieusement étudiées. La caractérisation non linéaire a été étendue à la dépendance de la capacité volumétrique sur une fenêtre de tension. Le coefficient d'amortissement a été caractérisé pour la première fois. Par ailleurs, un modèle multi-physique non linéaire a été proposé comme méthode de simulation des réponses en mode actionneur et capteur dans des couches multiples, représenté à l'aide d'un formalisme Bond Graph, et a été capable de mettre en œuvre tous les paramètres caractérisés. La concordance entre les simulations et les mesures a confirmé l'exactitude du modèle pour prédire le comportement dynamique non linéaire des actionneurs. En outre, les informations extraites du modèle ont également permis de mieux comprendre les paramètres critiques des actionneurs et leur incidence sur l'efficacité de l'actionneur et sur la distribution de l'énergie. Enfin, un nouveau modèle linéaire électromécanique bidirectionnel a été introduit pour simuler la capacité de détection du transducteur à trois couches et a été confirmé par des résultats expérimentaux dans les domaines fréquentiel et temporel d'un déplacement d'entrée sinusoïdal. Les actionneurs résultants et les modèles proposés sont prometteurs pour la conception, l'optimisation et le contrôle des futurs dispositifs de microsystèmes souples dans lesquels l'utilisation d'actionneurs en polymère devrait être essentielle. / Recently, ultrathin poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) – based ionic actuators have overcome some initial obstacles to increase the potential for applications in microfabricateddevices. While microfabrication processing of trilayer actuators that involve no manual handling has been demonstrated, their mechanical performances remain limited for practical applications. The goal of this thesis is to optimize the transducers in thin films fabrication by micro technologies, fully characterize the electrochemomechanical properties of the resulting trilayers, and develop a model to simulate their bidirectional electromechanical ability (actuation and sensing). At first, ultrathin PEDOT-based trilayer actuators are fabricated via the vapor phase polymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene combining with the layer by layer synthesis process. This constitutes the first full characterization of ionic PEDOT-based microactuators operating in air of such a small thickness (17 μm) having bending deformation and output force generation of 1% and 12 μN respectively. Secondly, electrical, electrochemical and mechanical properties of the resulting microactuators have been thoroughly studied. Non-linear characterization was extended to volumetric capacitance dependence on voltage window. Damping coefficient was characterized for the first time. Thirdly, a nonlinear multi-physics model was proposed as a method of simulating actuator and sensor responses in trilayers, represented using a Bond Graph formalism, and was able to implement all of the characterized parameters. The concordance between the simulations and the measurements confirmed the accuracy of the model in predicting the non-linear dynamic behavior of the actuators. In addition, the information extracted from the model also provided an insight into the critical parameters of the actuators and how they affect the actuator efficiency, as well as the energy distribution. Finally, a nouveau bidirectional electromechanical linear model was introduced to simulate the sensing ability of the trilayer transducer and was confirmed via experimental results in both frequency and time domains of a sinusoidal input displacement. The resulting actuators and the proposed models are promising for designing, optimizing, and controlling of the future soft microsystem devices where the use of polymer actuators should be essential.

Cette thèse est basée sur l'étude des propriétés d'un laser fibré à blocage de modes actif opérant à un taux de répétition supérieur à 10 Gb/s. Par laser fibré nous entendons que la fibre optique fait partie intégrante de la cavité optique de notre laser. Elle joue le rôle de milieu de propagation du signal optique reliant chaque composant de la cavité laser. Ce laser comporte aussi un amplificateur optique à semiconducteurs (SOA) comme milieu amplificateur, dont le gain est modulé par un signal optique externe. L'objectif de ces travaux consiste à proposer une méthode élégante, simple et bas coût, de génération tout-optique d'impulsions "propres" dédiées à la télécommunication optique. Par impulsions "propres", nous entendons une impulsion se rapprochant au mieux d'une forme mathématique reconnue intéressante à la propagation dans une fibre comme la fonction soliton ou la gaussienne limitées par la diffraction. L'hypothèse qu'une forte dispersion négative de la cavité laser, produite par l'insertion d'une fibre à dispersion négative, pouvant largement contribuer à améliorer les propriétés de fonctionnement du laser et des impulsions générées, a constitué la motivation majeure à l'élaboration de ce projet de thèse. Cette étude propose une approche à la fois théorique et expérimentale.

Le travail présenté dans ce manuscrit traite des mécanismes d'émergence des maladies infectieuses. Une première partie du texte est consacrée à la réflexion menée sur ces processus, et à leurs conséquences pour la gestion des maladies. Dans une deuxième partie nous exposons les travaux de modélisation réalisés ; l'objectif est de tester si des changements dans l'expression d'une infection peuvent être expliqués par la dynamique de circulation de l'agent infectieux dans la population hôte, à travers la protection de groupe. Nous montrons que l'apparition de la maladie de Carré chez les lions du Serengeti peut être due à une perte d'immunité de groupe suite à l'extinction du virus. Nous étudions ensuite les conséquences sur le patron épidémique d'une protection partiellement croisée entre souches. Enfin, nous intégrons à cette problématique la structure spatiale de la population hôte, pour expliquer des observations faites sur les systèmes lagomorphes/lagovirus en France.

Un manipulateur cartésien dit " axe en gantry " peut être utilisé pour des applications requérant une dynamique élevée et une grande précision. Le type d'axe en gantry étudié dans ce mémoire consiste en un axe transversal porté par deux actionneurs linéaires balayant la direction longitudinale de l'espace de travail. Un troisième actionneur, monté sur le bras transversal, permet de déplacer la charge le long de la direction transversale de l'espace de travail. La problématique de ces systèmes réside dans la dégradation des performances de positionnement due au couplage mécanique existant entre les actionneurs et aux vibrations du bras transversal. La solution industrielle, consistant à minimiser les vibrations en rigidifiant (et en alourdissant) le bras transversal et à contrôler indépendamment les axes parallèles, mène à une consommation d'énergie importante qui ne sera plus acceptable à long terme. Un état de l'art sur la commande des axes en gantry met en évidence un manque d'analyse des phénomènes physiques responsables des couplages mécaniques et des vibrations du bras transversal. Ceux-ci sont en effet considérés comme des perturbations compensées par des méthodes mathématiques dérivées de l'automatique avancée. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une modélisation physique détaillée de l'axe en gantry comprenant la flexibilité du bras transversal. Cette modélisation, associée à des méthodes d'identification expérimentale et de représentation causale, est exploitée afin de déduire des structures de commande et des méthodes de réglage adaptées. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement des axes en gantry par rapport à la commande industrielle et permet par exemple d'envisager l'allégement du bras transversal.

La variété des pratiques de compostage et les différences de nature des substrats modifient la vitesse de dégradation de la matière organique (MO), la qualité finale du compost produit et la part d'émissions sous forme de polluants gazeux. L'optimisation du procédé nécessite la prédiction de ces transformations ou la réalisation d'essais empiriques. Cette thèse analyse les interactions entre les processus biologiques, biochimiques, physico-chimiques et thermodynamiques majeurs à l'origine de la stabilisation de la MO et des émissions gazeuses de CO2, H2O, NH3, N2O. Elle se focalise sur le compostage par aération passive en andain d'effluents d'élevage. La méthode s'appuie sur la modélisation dynamique et des expérimentations. L'impact des interactions entre la biodégradabilité du carbone, la disponibilité de l'azote, l'humidité et la porosité, sur la cinétique et la stœchiométrie des émissions gazeuses est analysé à partir d’observations en conditions contrôlées et sur une plateforme de compostage. Les écarts de répétabilité faibles en conditions contrôlées deviennent élevés en conditions de reproductibilité sur le terrain. Un modèle dynamique de compostage a été développé simulant la stabilisation de la MO et les émissions de CO2, H2O, NH3, N2O. Il est composé de quatre modules simulant les cinétiques d'oxydation de la MO par une population microbienne, les échanges thermiques et l'aération passive, le transfert d'oxygène, les transformations de l'azote. Lors de la phase thermophile, le facteur limitant le plus rapidement l'organisation de la MO est la disponibilité de l'azote. L'abaissement de la porosité entraîne une diminution des pertes gazeuses par l'augmentation de l'organisation de la MO. Le fractionnement initial de la MO ainsi que la teneur initiale en biomasse microbienne sont les facteurs clés pour prédire les cinétiques d'organisation de la MO. La calibration des paramètres d’initialisation du modèle reste à améliorer / The variety of the practices and the differences in nature of the substrates modify the kinetics of degradation of organic matter (OM), the final quality of the produced compost and the fraction emitted as gaseous pollutants. To optimize the composting process, it is required to predict these transformations or to do some empirical test. This thesis analyzes the interactions between the main biological, biochemical, physicochemical and thermodynamic processes which explain the OM stabilization and the gaseous emissions of CO2, H2O, NH3, N2O. Focus is done on windrow composting with passive aeration. The method is based on dynamic semi-empirical modeling of the process and experimentations. The impact of the interactions between bioavailability of carbon and nitrogen, moisture and porosity, on the kinetics and the stoechiometry of the gaseous emissions is analyzed with data gathered in controlled conditions and on a commercial composting plant. The repeatability differences are small in controlled conditions but higher in field conditions. A dynamic model of composting was developed simulating the stabilization of OM as well as the emissions of CO2, H2O, NH3, N2O. This model is composed of four coupled modules which simulate the kinetics of oxidation of OM by a heterotrophic microbial population, the heat transfers leading to the passive aeration, the transfer of oxygen, the transformations of nitrogen. During the thermopilic phase, the first factor limiting the organization of OM is the availability of nitrogen. The decrease in porosity induces a reduction in the gas losses through the increase in the organization of OM. The initial OM fractionation and the initial microbial biomass are the key factors to predict the kinetics of organization of OM. The calibration of the specific parameters used for model initialization needs a further implementation

La contribution des sources d'énergie renouvelables dans le mix de la production d'électricité augmente largement. De ce fait, l'intégration des technologies de stockage d'énergie dans le réseau électrique devient inévitable afin de remédier aux inconvénients des sources renouvelables. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'évaluer la rentabilité, d'optimiser et d'étudier le comportement dynamique d'un cycle adiabatique de stockage d'énergie par air comprimé fonctionnant à pression fixe (IA-CAES). Ce système est caractérisé d'une part par la récupération de la chaleur de compression et d'autre part par le stockage d'air comprimé sous pression fixe dans des réservoirs hydropneumatiques. Ceux-ci permettent d'améliorer l'efficacité et la densité énergétiques du système de stockage et d'éviter l'utilisation de sources d'énergie fossiles.Tout d'abord, un modèle statique est développé pour achever des analyses énergétiques et exergétique du système IA-CAES. Un modèle exergoéconomique est également réalisé dans le but d'optimiser la rentabilité du système de stockage en utilisant un algorithme génétique. Ainsi, une fonction objective, qui prend en compte le coût d'investissement et le coût d'exploitation, est définie pour être minimisée. L'efficacité du système est de 55,1% dans le cas de base, elle est améliorée à 56,6% après optimisation avec une diminution du capital investi de 5,6%.D'autre part, un modèle dynamique est développé pour étudier la flexibilité du système de stockage et sa capacité à répondre aux besoins du réseau électrique (réserves primaires et secondaires) en évaluant la durée des phases transitoires. Les résultats montrent que le système de stockage a besoin d’un temps supérieur à 2 min avant de pouvoir consommer tout l'excès d'énergie disponible sur le réseau électrique et supérieur à 5 min avant d'être capable de produire toute l'énergie requise par le réseau électrique. Des suggestions sont analysées dans l'objectif d'améliorer la flexibilité du système de stockage tel que le fonctionnement du système en mode de veille avec des vitesses réduites. Il permet de réduire les pertes d'énergie de 68% en mode de stockage et de 27% en mode de production par rapport au mode de veille en vitesses nominales. / The contribution of the renewable energy sources in the electricity generation mix is greatly increasing. Thereby, the integration of the energy storage technologies into the electrical grid is becoming crucial to reduce the drawbacks of the renewable energy sources. Then, the objective of this thesis is to evaluate the cost-effectiveness, to optimize and to study the transient behavior of a novel isobaric adiabatic compressed air energy storage (IA-CAES) system. This plant is characterized by the recovery of the compression heat and the storage of the compressed air under fixed pressure in hydro-pneumatic tanks. These allow improving the efficiency and the energy density of the storage system and avoiding the use of fossil fuel sources.Firstly, a steady state model is developed to perform energy and exergy analyses of the IA-CAES system. An exergoeconomic model is also carried out in order to optimize the cost-effectiveness of the storage system by using a genetic algorithm. So, an objective function, which includes the investment cost and the operating cost, is defined to be minimized. The system efficiency is 55.1% in the base case, it is improved to 56.6% after optimization with a decrease in the capital investment by 5.6%.Secondly, a dynamic model is developed to study the flexibility of the storage system and its ability to meet the electrical grid requirements (primary and secondary reserves) by evaluating the duration of the transient states. The results show that the storage system needs more than 2 min before being able to consume all the excess energy available on the electrical grid and more than 5 min before being able to produce all the energy required by the electrical grid. Suggestions are analyzed to improve the flexibility of the storage system such as the operation of the storage system in standby mode with low speeds. It allows reducing the energy losses by 68% during the storage mode and by 27% during the production mode compared to the standby mode in nominal speeds.

Pour répondre à la demande mondiale croissante en huile et en protéines, le tournesol apparaît comme une culture très compétitive grâce à la diversification de ses débouchés et son attractivité environnementale et nutritionnelle. Pourtant, les teneurs en huile et protéines sont soumises à des effets génotypiques et environnementaux qui les rendent fluctuantes et difficilement prédictibles. Nous argumentons qu’une meilleure connaissance des effets les plus importants et leurs interactions devrait permettre de mieux prédire ces teneurs. Deux approches de modélisation ont été développées. Dans la première, trois modèles statistiques ont été construits puis comparés à un modèle simple existant. L’approche dynamique est basée sur l’analyse des relations source-puits au champ et en serre (2011 et 2012) pendant le remplissage. Les performances et domaines de validité des deux types de modélisation sont comparés. / Considering the growing global demand for oil and protein, sunflower appears as a highly competitive crop, thanks to the diversification of its markets and environmental attractiveness and health. Yet the protein and oil contents are submitted to genotypic and environmental effects that make them fluctuating and hardly predictable. We argue that a better knowledge of most important effects and their interactions should permit to improve prediction. Two modeling approaches are proposed: statistical one, where we compared three types of statistical models with a simple existing one. The dynamic approach is based on source-sink relationships analysis (field and greenhouse experiments in 2011 and 2012) during grain filling. Performances of both modeling types and their validity domain are compared.

La robotisation des procédés d’usinage suscite l’intérêt des industriels en raison du grand espace de travail et le faible coût des robots par rapport aux machines-outils conventionnelles et la possibilité d’usiner des pièces de formes complexes. Cependant, la faible rigidité de la structure robotique favorise le déclenchement de phénomènes dynamiques liés à l’usinage sollicitant le robot en bout de l’outil qui dégradent la qualité de surface de la pièce usinée. L’objectif de ces travaux de thèse est de caractériser le comportement dynamique des robots en usinage. Ces travaux ont suivi une démarche en trois étapes : La modélisation d’un premier modèle considéré de référence où le robot est au repos. Ensuite l’identification du comportement dynamique du robot en service. Enfin, l’exploitation des modèles dynamiques du robot en vue de prédire la stabilité de coupe. L’originalité de ces travaux porte sur le développement des méthodes d’identification modale opérationnelles. Elles permettent d’intégrer les conditions réelles d’usinage et d’élaborer des modèles plus précis que le premier modèle de connaissance sans être biaisés par l’effet des harmoniques de rotation de l’outil. Enfin, des préconisations sur le choix de configurations du robot et sur la direction des forces d’excitation sont proposées pour assurer la stabilité de la coupe lors de l’usinage robotisé. / Machining robots have major advantages over cartesian machine tools because of their flexibility, their ability to reach inaccessible areas on a complex part, and their important workspace. However, their lack of rigidity and precision is still a limit for precision tasks. The stresses generated by the cutting forces and inertia are important and cause static and dynamic deformations of the structure which result in problems of workpiece surface. The aim of the thesis work is to characterize the dynamic behavior of robots during machining operation. This work followed a three-step approach : Modeling a first model considered as a reference where the robot is at rest. Then the identification of the dynamic behavior in service. Finally, the prediction of the cutting stability using the robot dynamic model. The originality of this work is the development of new operational modal identification methods. They integrate the machining conditions and result into a more accurate model than the first model of reference without being biased by harmonics. Finally, guidlines of robot’s configurations and excitation forces’ direction are proposed to ensure the robotic machining stability.

Le travail présenté dans ce manuscrit traite des mécanismes d'émergence des maladies infectieuses. Une première partie du texte est consacrée à la réflexion menée sur ces processus, et à leurs conséquences pour la gestion des maladies. Dans une deuxième partie nous exposons les travaux de modélisation réalisés ; l’objectif est de tester si des changements dans l'expression d'une infection peuvent être expliqués par la dynamique de circulation de l'agent infectieux dans la population hôte, à travers la protection de groupe. Nous montrons que l'apparition de la maladie de Carré chez les lions du Serengeti peut être due à une perte d’immunité de groupe suite à l’extinction du virus. Nous étudions ensuite les conséquences sur le patron épidémique d'une protection partiellement croisée entre souches. Enfin, nous intégrons à cette problématique la structure spatiale de la population hôte, pour expliquer des observations faites sur les systèmes lagomorphes/lagovirus en France. / The study presented here aims to suggest and to test several mechanisms to explain how infectious diseases impact could increase, in relation to microparasite circulation and loss of herd protection. We first introduce the main characteristics of host/microparasite interaction and display some knowledge about emerging infectious diseases, and their consequences for diseases control. Stochastic modelling is then used to study epidemic patterns under several hypotheses and for different host/parasite systems: i) we explain canine distemper emergence in Serengeti lions through a break in virus circulation and the resulting loss of herd immunity; ii) we study the consequences of partial crossprotection induced in hosts by different strains in a small homogeneous host population; and iii) we extend this study to spatially structured host populations to explain data observed in lagomorphs/lagoviruses in France.

Cette thèse analyse le rôle de l’apprentissage dans deux cadres de modélisation distincts. Dans le cas dunouveau modèle canonique avec apprentissage adaptatif, les caractéristiques les plus marquantes des dynamiquesd’apprentissage concernent la capacité des règles de politique monétaire à assurer la convergencevers l’équilibre en anticipations rationnelles. Le mécanisme de transmission de la politique monétaire estcelui de l’effet de substitution associé au canal de la consommation. Dans le cas d’un modèle multi-agentsqui relâche des hypothèses restrictives du nouveau modèle canonique, tout en restant structurellementproche de celui-ci, les variables agrégées évoluent à bonne distance de cet équilibre, et on observe desdynamiques nettement différentes. La politique monétaire influence les variables agrégées de manièremarginale via l’effet de revenu du canal de la consommation. En présence d’un processus d’apprentissagesocial évolutionnaire, l’économie converge vers un faible niveau d’activité économique. L’introductiond’un processus caractérisé par le fait que les agents apprennent individuellement à l’aide de leurs modèlesmentaux atténue le caractère dépressif des dynamiques d’apprentissage. Ces différences entre les deuxcadres de modélisation démontrent la difficulté de généraliser les résultats du nouveau modèle canonique. / This thesis analyses the role of learning in two different modelling frameworks. In the new canonicalmodel with adaptive learning, the most remarkable characteristics of the learning dynamics deal withthe capacity of monetary policy rules to guaranty convergence to the rational expectations equilibrium.The transmission mechanism of the monetary policy is based on the substitution effect associated to theconsumption channel. In the case of an agent-based model which relaxes some restrictive assumptionsof the new canonical model - but is endowed with a similar structure - aggregate variables evolve atsome distance from the rational expectations equilibrium. Monetary policy has a marginal impact onthe agregated variables via the wealth effect of the consumption channel. When agents learn accordingto an evolutionnary social learning process, the economy converges to regions of low economic activity.The introduction of a process where agents learn individually by using their mental models induces lessdepressive learning dynamics. These differences between the two modelling frameworks show that thegeneralisation of the results of the new canonical model is not easy to achieve.