Titre de l'écran-titre (visionné le 9 avril 2024) / Les hydroliennes à pale oscillante (HPO) complètement passives ont été optimisées avec les années pour atteindre des efficacités allant jusqu'à 51%. Ces hautes efficacités ont été démontrées sous l'hypothèse que l'écoulement est bidimensionnel et que la taille du canal n'affecte pas les performances de la turbine. Cependant, il en ressort un besoin de démontrer la robustesse de la turbine dans différents environnements d'écoulement. En effet, l'hydrolienne réelle est d'envergure finie, donc les extrémités de la pale engendrent des tourbillons de bout qui réduisent la portance en comparaison avec une turbine 2D. Aussi, l'aire de section de n'importe quel canal a une taille finie, donc la profondeur et la largeur de l'écoulement auront elles aussi un impact sur l'hydrolienne. Ce mémoire vise à démontrer la robustesse de la turbine à des changements géométriques de la forme du canal. Cette démonstration doit être perçue comme un commencement, et non une finalité, puisque de nombreux autres effets ne sont pas abordés ici. Cette robustesse est d'abord démontrée en évaluant qualitativement et quantitativement l'impact de la profondeur d'un canal 2D sur une HPO complètement passive qui fut optimisée par d'anciens étudiants au Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique. Il est observé que sans modification des paramètres structuraux qui influencent les mouvements non-contraints de la pale, la turbine devient chaotique et inopérable après une faible diminution de la profondeur du canal. Pour retrouver des niveaux de performance intéressants pour des canaux encore moins profonds, une méthode simple est proposée, basée sur un ajustement adéquat du générateur électrique. Grâce à cet ajustement, l'efficacité de la turbine augmente jusqu'à 70% pour des canaux hautement restreints. Enfin, la robustesse de la turbine est démontrée pour un canal 3D où la largeur du canal est variée. Encore ici, l'efficacité de la turbine augmente avec la diminution de l'aire de section du canal, à la différence que la force du générateur ne nécessite pas de modifications. Cette démonstration fut réalisée avec le souci de reproduire la turbine et les conditions d'écoulement correspondant à une étude expérimentale réalisée à la University of Victoria en parallèle à ce mémoire afin d'également montrer que la présente méthodologie numérique se compare bien aux résultats expérimentaux. L'importance de cette démonstration n'est pas à sous-estimer puisque dans le contexte des HPO complètement passives, aucune étude n'a encore validé les simulations sous des conditions d'opérations comparables, c'est-à-dire en incluant la tridimensionnalité de la turbine. / With the passing years, the fully-passive oscillating-foil turbines (OFT) have been optimised up to 51% of efficiency. These incredible efficiencies were made possible under the constrains that the flow is bidimensional and that the size of the channel does not affect the performances of the turbine. There is however a need to demonstrate the resilience of the turbine in different flow conditions. Indeed, the turbine is made up of a three-dimensional blade, so the presence of wing-tip vortices reduce the lift produced in comparison to 2D foils. Also, the cross-sectional area of any channel is finite, so the width and depth of the flow will also impact the turbine. The goal of this master thesis is to demonstrate the resilience of the turbine to geometric changes of the channel. This resilience demonstration must be seen as a start and not a finality since numerous other effects are not discussed here. This resilience is first demonstrated by qualitatively and quantitatively evaluating the channel's depth impact on a 2D fully-passive OFT that has been optimized by previous graduate students from the Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique. It has been observed that without modifications of the structural parameters influencing the unconstrained blade, the turbine becomes chaotic and uninteresting after a small decrease of the channel's depth. To retrieve good performances for shallow channels, a simple method is proposed, based on the adjustment of the electric generator. Thanks to this adjustment, the efficiency of the turbine increases up to 70% for highly confined channels. Finally, the resilience of the turbine is demonstrated again in a 3D channel where where the width is varied. Again, the efficiency of the turbine increases with a reduction of the cross-sectional area of the channel. Again, the efficiency of the turbine increased with a decrease of the cross-sectional area of the channel. The difference with the previous 2D study is that the force applied by the generator did not need any modifications. This demonstration has been planned to reproduce at the same time the turbine and the flow conditions used in a experimental study. The goal is to show that the current numerical methodology used compares itself well experimental results. The importance of this demonstration must not be underestimated since in the context of fully-passive OFTs, no study has adapted to compare both approaches in comparable operating conditions, meaning to include the 3D aspect of the turbine.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 octobre 2023) / En tant qu'êtres humains, nous percevons naturellement les incohérences d'éclairage. Cette caractéristique rend primordiale la modélisation correcte de la lumière lors de la composition d'objets virtuels et réels. Ces dernières années, les approches d'apprentissage profond ont montré que de nombreuses propriétés de scène peuvent être estimées de manière robuste dans des systèmes de composition automatique à partir d'une seule image. Cela est particulièrement vrai pour les environnements extérieurs, car ils partagent la propriété d'être éclairés par le ciel terrestre, sous le soleil. Cependant, les approches actuelles d'apprentissage en profondeur pour l'estimation de l'éclairage ne produisent pas de textures précises pour les ciels nuageux, et celles qui génèrent des textures de nuages ne garantissent pas la fidélité à l'éclairage estimé. Quant à ce qui est modélisé en l'absence de lumière, les interactions entre les ombres réelles et synthétiques ne sont pas non plus gérées avec élégance par les méthodes existantes, qui supposent généralement un arrière-plan sans ombre. Ainsi, cette thèse a deux objectifs principaux : modéliser et éditer des ciels réalistes peu importe les conditions météorologiques et l'heure du jour, et modéliser des ombres réelles de manière à permettre des interactions avec des ombres synthétiques. Pour atteindre le premier objectif, nous proposons un modèle de ciel photoréaliste contrôlable par des paramètres, à notre connaissance le premier dans la littérature. Ensuite, pour le deuxième objectif, nous présentons la première méthode de composition d'images de la litérature pour l'éclairage extérieur capable de produire des interactions réalistes entre des ombres réelles et virtuelles dans des scènes inconnues. Pour atteindre nos objectifs, de nombreux défis intermédiaires ont également dû être relevés, notamment l'ajustement paramétrique soleil-ciel, la détection de pénombres et la détection d'ombres haute résolution. Nous introduisons également des jeux de donnés pour la détection des pénombres et le masquage d'ombres avec des vérités terrain annotées et fournissons des annotations paramétriques qui surpassent l'état de l'art pour le jeu de données Laval HDR Skies. En utilisant une multitude d'images au contenu varié et complexe provenant de diverses sources, nous effectuons des comparaisons quantitatives et qualitatives démontrant la supériorité de nos approches face aux alternatives existantes. Enfin, nous discutons des limites et proposons des pistes pour les travaux futurs. / As humans, we are naturally capable of perceiving lighting inconsistencies. This trait makes it paramount to model light correctly when compositing virtual and real objects together. In recent years, deep learning approaches have shown many scene properties can be robustly estimated in automatic single-image compositing systems. This is especially true for outdoor environments, as they share the property of being lit by Earth's sky, under the sun. However, current deep learning approaches for lighting estimation do not produce accurate textures for cloudy skies, and the ones that generate cloud textures do not guarantee fidelity to the estimated lighting. As for what is modeled in the absence of light, interactions between real and synthetic shadows are also not handled gracefully by existing methods, which typically assume a shadow-free background. Thus, this thesis has two main goals: to model and edit realistic skies regardless of weather, and to model real shadows in a way that allows for interactions with synthetic ones. To achieve the first goal, we propose a photorealistic, all-weather sky model controllable through parameters, to our knowledge the first in the literature. Then, for the second goal, we present the first compositing pipeline for outdoor lighting that is capable of producing realistic interactions between real and virtual shadows in unknown scenes. To achieve our goals, numerous intermediate challenges also had to be tackled, including parametric sun-sky fitting, soft shadow detection, and high-resolution shadow detection. We also introduce datasets for soft shadow detection and shadow matting with annotated ground truths and provide state-of-the-art parametric annotations for the Laval HDR Skies dataset. By using challenging outdoor images from multiple distributions, we perform quantitative and qualitative comparisons that show our approaches produce more realistic results than existing alternatives. Finally, we discuss limitations and propose pathways for future work.

L’utilisation et la mise au point de polymères renforcés sont des activités déjà anciennes et de nombreuses études leur ont déjà été consacrées. Parallèlement à l’utilisation des matières plastiques la question de leur recyclage se pose avec de plus en plus d’acuité. Le travail présenté cherche à comprendre le rôle d’un renfort constitué d’écorce de riz sur le comportement mécanique d’un mélange de polyoléfines. Un plan d’expérience est construit sur la base 1) de mélanges de polyoléfines recyclés 2) d’ajout d’écorce de riz et 3) d’ajout d’agent compatibilisant et 4) sur le mode d’élaboration par injection ou compression. L’adhérence de l’écorce de riz avec la matrice polymère a été examinée en relation avec sa microstructure et sa composition. Il est mis en évidence que l’addition d’écorce de riz seule réduit les propriétés de traction mais que l’addition d’agent compatibilisant favorise la déformation du polymère. La différence est notable entre les valeurs des propriétés de traction des éprouvettes élaborées par injection ou par compression. Cependant, les résultats peuvent être comparés valablement à l’aide d’un paramètre « capacité de charge » que nous proposons comme le rapport entre la tension maximale et la déformation maximale qui renseigne sur la capacité globale de résistance et de déformation aux conditions à rupture. Du point de vue du processus physico-chimique on peut conclure que l’addition de compatibilisant améliore l’adhérence entre les composants polymères et de l’écorce de riz, et par voie de conséquence la surface de rupture. L’indice de « capacité de charge » que nous proposons pourrait être considéré comme un facteur de conception pertinent. / The use and development of reinforced polymers are long-standing activities and many studies have already been done on the subject. With the development of the use of plasticsthe question of recycling becomes more and more acute. The work presented here reflects these concerns by seeking to understand the role of a reinforcement consisting of rice husk on the mechanical behavior of a mixture of polyolefins. The experimental design which was used was built on the base 1) of polyolefin blends 2) the addition of rice wheat and 3) the addition of compatibilizer and 4) the mode of preparation by injection or compression. The adhesion of rice husk with the polymer matrix has been examined in relation to its microstructure and composition. It was also revealed that the addition of rice wheat alone reduces the tensile properties but that the addition of compatibilizer promotes the deformation of the polymer blend. A noticeable difference was found between tensile properties of specimens prepared by injection or compression. However, the results can be validly compared if we introduce a parameter called "load capacity" that we propose as the ratio between the maximum voltage and maximum strain which provides information on the overall ability of strength and deformation conditions at fracture. From the standpoint of physical-chemical process it can be concluded that the addition of compatibilizer improves the adhesion between the polymer components and rice wheat and consequently the fracture surface. The index of "load capacity" that we propose could be considered a relevant design factor. / El uso y desarrollo de plásticos reforzados son actividades sobre las cuales se han publicado muchos estudios y con ello, la cuestión del reciclaje se vuelve cada vez un tema mas critico. El trabajo aquí presentado refleja esta preocupacion al tratar deentender el papel de la cáscara de arroz como elemento reforzante en el comportamiento mecánico de una mezcla de poliolefinas. El diseño experimental que se utilizó fue construido en la base 1) de mezclas de poliolefinas con reciclado depolietileno de baja densidad 30%, 40% de polietileno de alta densidad y polipropileno 30% correspondiente a la composición de los plásticos reciclados en Arequipa, Perú, 2) la adición de cáscara de arroz y 3) la adición de compatibilizante y 4) el modo depreparación, por inyección o compresión. Los resultados confirman que la cáscara de arroz es térmicamente estable hasta 250 º C. Su adhesión con la matriz polimérica se ha examinado en relación con su microestructura y composición. También se reveló que la adición de cáscara de arroz solo reduce las propiedades de tracción, pero que la adición de compatibilizante promueve la deformación de la mezcla del polímero. Una notable diferencia se encontró entre las propiedades de tracción de las muestras preparadas por inyección o compresión. Sin embargo, los resultados pueden ser validados por comparación si se introduce un parámetro llamado "capacidad de carga" que se propone como la relación entre la resistencia máxima y la deformación máxima hasta la ruptura que puede soportar. Desde el punto de vista del proceso físico-químico, se puede concluir que la adición de compatibilizante mejora la adhesión entre los componentes de polímero y la cáscara de arroz y por ende la calidad de la superficie de fractura. Los compuestos preparados puede ser una alternativa para la recuperación de residuos plásticos y agrícolas. El índice de "capacidad de carga" que proponemos podría ser considerado un factor de diseño pertinente para este tipo de materiales.

Dans les processus de moulage par transfert de résine (RTM), l’aléa de la perméabilité des renforts fibreux conduit à un écoulement irrégulier de résine et des défauts dans les pièces composites. Une méthodologie a été développée pour étudier les phénomènes stochastiques dans la phase de remplissage des processus RTM en utilisant des méthodes stochastiques pour simuler la propagation des aléas de l'architecture fibreuse aux réponses de remplissage du moule. Employant des schémas numériques développés pour la simulation de remplissage du moule, les solutions du système stochastique en utilisant des techniques intrusives ou non intrusives sont mises en œuvre. Des renforts bidirectionnels cousus avec une architecture périodique et un mat de fils coupés avec une architecture aléatoire ont été respectivement étudiés. Les paramètres aléatoires architecturaux sont extraits par l'analyse d’images de tissus, a partir desquels les modèles de perméabilité locale prenant en compte l'architecture aléatoire sont construits par simulation numérique de l’écoulement dans une cellule unité fibreuse ou par l’approche statistique continue. Les propriétés statistiques des champs de perméabilité sont évaluées et utilisées dans la simulation stochastique pour prédire les statistiques des réponses de remplissage du moule, puis sont comparées avec les résultats expérimentaux pour la validation du modèle de la perméabilité stochastique. En plus, les méthodes de simulation numérique sont mises en œuvre pour d'autres mécanismes aléatoires dans le processus de remplissage RTM, par exemple les effets de bord, la saturation d’un défaut local (pli de tissu) et la saturation à double échelle. / In the Resin Transfer Molding (RTM) processes, the randomness in the permeability of fibrous reinforcement leads to irregular flow patterns and defects in composite products. A methodology has been developed for applying stochastic computational methods to simulate the uncertainty propagation from the fibrous architecture to the mold-filling responses, so as to study the stochastic phenomena in the RTM filling stage. Based on the developed numerical schemes for mold-filling simulation, the solutions of the stochastic system, by either intrusive or non-intrusive techniques, are implemented. The bidirectional non-crimp fabric with periodic architecture and the chopped strand mat with random architecture have been studied, respectively. The random architectural parameters are extracted by analyzing dry fabric images. Local permeability model accounting for the randomness in architecture is constructed by numerical simulation of unit cell flow physics or statistical continuum approach. Statistical properties are evaluated and used in the stochastic simulation to predict the statistics of mold-filling responses, which are compared with the experimental results for validation of the stochastic permeability model. In addition, numerical simulation methods are implemented for other mold-filling mechanisms with uncertainty involved, e.g. the race-tracking, the saturation of wrinkled fabric and the dual-scale saturation, to study other stochastic phenomena in the RTM filling process.

De nombreux procédés industriels utilisent ou génèrent des sources chaudes : fours, traitement de surface, soudage…Les dégagements de chaleur s’accompagnent généralement d’une dispersion de polluants dans l’atelier. Ainsi, la caractérisation des panaches de convection naturelle des sources thermiques est nécessaire au dimensionnement des installations de ventilation (hotte ou ventilation générale par déplacement d’air) pour l’assainissement des ambiances de travail. L’I.N.R.S a mis au point une méthode expérimentale pour caractériser en vraie grandeur le panache de sources thermiques de géométrie simple. Un banc d’essais a été réalisé et instrumenté à cet effet. Il est constitué d’une cellule aéraulique dont les dimensions sont 4,2 m x 4,8 m x 5,6 m équipé d’une centrale de traitement d’air et d’un système de ventilation permettant un déplacement vertical des flux d’air. La cellule est équipée d’un robot de déplacement tridimensionnel permettant le positionnement de sondes de température et de vitesses en tout point du volume. Les expérimentations menées étudient l’influence de la géométrie de la source sur les lois de développement de panache à partir de mesures de champs de température et de vitesse. Pour une même puissance thermique convectée, la géométrie des sources sera variée pour identifier son affluence sur le développement du panache. Une source cylindrique composée de cinq éléments d’aires identiques (4 cylindres identiques superposés et un disque supérieur) régulés indépendamment en température permettra de mener des études paramétriques sur des sources tridimensionnelles. De manière similaire une source rectangulaire modulable sera utilisée. / Many industrial processes use or generate hot sources: furnaces, surface treatment, welding... the releases of heat are generally accompanied by a dispersion of pollutants in the workshop. Thus, the characterization of the plumes of natural convection of the thermal sources is necessary to the dimensioning of the installations of ventilation (exhaust system localised or general ventilation by air volume displacement) for the cleansing of environments of work. I.N.R.S developed an experimental method to characterize in real-scale the plume of thermal sources of simple geometry. A test bench was realised and instrumented for this purpose. It consists of an aeraulic cell whose dimensions are 4,2 m x 4,8 m x 5,6 m equipped with a power station of treatment of air and with a system of ventilation allowing a vertical displacement of flows of air. The cell is equipped with a robot of three-dimensional displacement allowing the positioning of speed and temperature sensors in any point of volume. The carried out experiments study the influence of the geometry of the source on the laws of development of plume starting from measurements of fields of temperature and speed. For the same convective thermal power, the geometry of the sources will be varied to identify its multitude on the development of the plume. A cylindrical source made up of five elements of identical surfaces (4 superimposed identical cylinders and a higher disc) controlled independently in temperature will make it possible to undertake parametric studies on three-dimensional sources. In a similar way a flexible rectangular source will be used.

Cette thèse traite des domaines suivant en Apprentissage Automatique: la théorie des Bandits, l'Apprentissage statistique et l'Apprentissage par renforcement. Son fil rouge est l'étude de plusieurs notions d'adaptation, d'un point de vue non asymptotique : à un environnement ou à un adversaire dans la partie I, à la structure d'un signal dans la partie II, à la structure de récompenses ou à un modèle des états du monde dans la partie III. Tout d'abord nous dérivons une analyse non asymptotique d'un algorithme de bandit à plusieurs bras utilisant la divergence de Kullback-Leibler. Celle-ci permet d'atteindre, dans le cas de distributions à support fini, la borne inférieure de performance asymptotique dépendante des distributions de probabilité connue pour ce problème. Puis, pour un bandit avec un adversaire possiblement adaptatif, nous introduisons des modèles dépendants de l'histoire et traduisant une possible faiblesse de l'adversaire et montrons comment en tirer parti pour concevoir des algorithmes adaptatifs à cette faiblesse. Nous contribuons au problème de la régression en montrant l'utilité des projections aléatoires, à la fois sur le plan théorique et pratique, lorsque l'espace d'hypothèses considéré est de dimension grande, voire infinie. Nous utilisons également des opérateurs d'échantillonnage aléatoires dans le cadre de la reconstruction parcimonieuse lorsque la base est loin d'être orthogonale. Enfin, nous combinons la partie I et II : pour fournir une analyse non-asymptotique d'algorithmes d'apprentissage par renforcement; puis, en amont du cadre des Processus Décisionnel de Markov, pour discuter du problème pratique du choix d'un bon modèle d'états. / This thesis studies the following topics in Machine Learning: Bandit theory, Statistical learning and Reinforcement learning. The common underlying thread is the non-asymptotic study of various notions of adaptation : to an environment or an opponent in part I about bandit theory, to the structure of a signal in part II about statistical theory, to the structure of states and rewards or to some state-model of the world in part III about reinforcement learning. First we derive a non-asymptotic analysis of a Kullback-Leibler-based algorithm for the stochastic multi-armed bandit that enables to match, in the case of distributions with finite support, the asymptotic distribution-dependent lower bound known for this problem. Now for a multi-armed bandit with a possibly adaptive opponent, we introduce history-based models to catch some weakness of the opponent, and show how one can benefit from such models to design algorithms adaptive to this weakness. Then we contribute to the regression setting and show how the use of random matrices can be beneficial both theoretically and numerically when the considered hypothesis space has a large, possibly infinite, dimension. We also use random matrices in the sparse recovery setting to build sensing operators that allow for recovery when the basis is far from being orthogonal. Finally we combine part I and II to first provide a non-asymptotic analysis of reinforcement learning algorithms such as Bellman-residual minimization and a version of Least-squares temporal-difference that uses random projections and then, upstream of the Markov Decision Problem setting, discuss the practical problem of choosing a good model of states.

Le secteur du transport aérien est de nos jours en plein essor, avec encore une augmentation du nombre de vols et de passagers au fil des ans. Cependant, cette croissance a des conséquences sur l’environnement car elle contribue à l’intensification des émissions de particules solides dans l’atmosphère. Ces dernières sont impliquées dans de nombreux processus physico-chimiques qui peuvent impacter le forçage radiatif atmosphérique, la formation des nuages et leur durée de vie. Dans ce travail, nous nous intéressons aux particules de suies analogues à celles émises par les moteurs d’avion lors de la combustion incomplète de carburant. Ces particules, une fois émises dans la troposphère, sont susceptibles de favoriser la formation des cristaux de glace en agissant comme noyaux glaçogènes, produisant ainsi une trainée de condensation pouvant persister et évoluer en nuage de type cirrus. Pour réaliser cette étude, nous avons développé le dispositif IDroNES (Ice and Droplet Nucleation Experimental Setup), que nous avons conçu pour étudier les phénomènes de nucléation par mode dépôt (la nucléation est induite directement à partir de la vapeur d’eau) à température et pression contrôlées. De manière à pouvoir interpréter l’activité des échantillons étudiés en tant que noyau glaçogène, une analyse détaillée des propriétés physico-chimiques (morphologie, structure et composition chimique) des particules de suies est effectuée en parallèle, principalement par micro-spectrométrie Raman et par analyses des données de la littérature existante sur ces mêmes échantillons. L’objectif est d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques des particules de suies et leurs capacités glaçogènes. / Nowadays, the air transport sector is still booming with an increasing number of flights and passengers over the years. This has consequences for the environment because it contributes to the intensification of emissions of solid particles in the atmosphere. In fact, these particles are involved in many physical and chemical processes that can affect the atmospheric radiative forcing, or even the formation of clouds and their lifetime expectancy. Our work focuses on aircraft soot particles analogs, i.e., particles similar to those emitted by aircraft engines during the incomplete combustion of kerosene fuel. These particles, once released in the troposphere, act as nucleating agents and promote the formation of ice crystals. Hence, they favor the formation of contrails that may persist and further evolve into cirrus clouds. To assess how efficient different soot particles are at nucleating ice crystals upon water vapor exposure, we designed and developed IDroNES (Ice and Droplet Nucleation Experimental Setup). This device enables nucleation experiments to be performed in deposition mode at controlled temperature, pressure, and humidity ratios. To interpret ice nucleation activities of various soot samples, detailed analyses of their physico-chemical properties (morphology, structure and chemical composition) were performed using Raman micro-spectrometry and data provided in the scientific literature. The goal is to establish a link between the physicochemical properties of soot particles and their ice nucleation activity.

Le traitement des eaux industrielles usées est un enjeu pour la société. Notamment, les colorants très utilisés dans les produits manufacturés sont des polluants pour nos sources d'eau. Ce travail de thèse porte sur la dégradation de colorant(s) par un système de couche mince nanocomposite cuivre/carbone. Nos nanocomposites ont été élaborés grâce à un procédé plasma par pulvérisation cathodique en atmosphère réactive de cyclohexane (ou procédés hybride PVD/PECVD dépendant). Des études par spectroscopie d'émission optique et spectrométrie de masse ont été menées afin d'analyser le plasma lors de la phase de dépôt. Après leur synthèse, nos couches minces ont été caractérisées d'un point de vue structural (morphologie et microstructure), optique et électrique en fonction de différents paramètres de dépôt. Dans ce travail, le polluant utilisé est le carmin d'indigo classé dans la famille des indigoïdes célèbre pour la couleur bleu des jeans. Le suivi de la dégradation de ce colorant en solution aqueuse a été réalisé par spectrophotométrie UV-visible. Nos nanocomposites ont pu décolorer les solutions lors d'une illumination par une lampe halogène ou lors d'une phase de chauffage. Nous nous sommes intéressés à l'étude thermique de ce phénomène en fonction de différents paramètres (température, concentration initiale,…) et aux modèles thermodynamiques de cette réaction (Eyring et Arrhénius). Pour justifier la dégradation du colorant, un électro-nébuliseur couplé à un spectromètre de masse a été utilisé. Cette expérimentation montre que la molécule de carmin d'indigo a subi une perte de masse et que nos matériaux se comportent bien en catalyseurs / The treatment of industrial wastewater is an issue for the society. For instance, used dyes in manufactured products are pollutants for our waters sources. The thesis work focuses on dye degradation by thin films of copper/carbon nanocomposite. Our nanocomposites have been elaborated through a plasma method by a cathodic sputtering in reactive atmosphere of cyclohexane (hybrid process of PVD/PECVD). Studies by optical emission spectroscopy and mass spectroscopy have been carried out in order to analyze the plasma during the deposition. After elaboration, our thin films have been characterized from a structural (morphology and microstructure), electrical and optical point of view as a function of deposit parameters. In this work, we used indigo carmine as a pollutant. The dye belongs to the indigoid family and is commonly used for the blue color of jeans. The degradation of this dye in aqueous solutions has been monitored by UV-Visible spectrophotometry. Our nanocomposites have been able to discolour solutions by halogen lamp illumination or during moderate heating. The investigation focused on the thermal aspects of this phenomenon as a function of several parameters (temperature, initial concentration,…) with the help of thermodynamic models such as Arrhenius and Eyring. To justify the degradation of the dye, an electrospray ionization mass spectrometer has been used. It revealed that the molecule of indigo carmine underwent a loss of mass and that our materials perform as catalysts

Dans un contexte industriel en évolution permanente, les aciers austénitiques Fe-Mn-C sont développés afin d’obtenir une résistance mécanique élevée tout en conservant une ductilité considérable. Cependant, ces aciers présentent une sensibilité à différentes formes d'endommagement par l'hydrogène, notamment la corrosion sous contrainte. L'objectif de cette étude est de caractériser l'influence de la composition chimique et de l'état microstructural de ces alliages sur leur sensibilité aux phénomènes de fragilisation par l’hydrogène (FPH), lorsqu’ils sont soumis à des phénomènes de corrosion aqueuse. Ce travail est introduit par une présentation générale de la métallurgie des aciers austénitiques Fe-Mn-C ainsi que des méthodes expérimentales utilisées. Le traçage isotopique de l’hydrogène avec du deutérium par analyse SIMS a permis d’étudier les mécanismes de diffusion de l’hydrogène dans ces alliages. L’étude du comportement en corrosion aqueuse de ces alliages, par des tests électrochimiques et des immersions au potentiel libre dans des environnements aqueux deutérés, a mis en évidence l’influence des éléments d’addition sur la prise d’hydrogène associée à la corrosion.La sensibilité à la FPH de ces aciers a été caractérisée par des essais de traction in situ. Ils montrent que les interactions hydrogène-plasticité ont un rôle essentiel sur les mécanismes régissant la FPH. Cette étude a également montré une forte influence des éléments d’addition sur la FPH. Finalement, les résultats de cette étude nous ont permis de discuter des mécanismes associés à l’influence des éléments d’addition sur la sensibilité à la FPH de ces aciers. / The automotive industry is a sector in constant evolution, in which the lightening of structures by the use of new alloys, in order to save energy, is one of the main objectives. In this context, austenitic Fe-Mn-C steels are developed in order to obtain high mechanical strength associated with considerable ductility. However, these steels are sensitive to different forms of hydrogen damage, in particular stress corrosion cracking. The objective of this study is to characterize the influence of the chemical composition and the microstructural state of these alloys on their sensitivity to hydrogen embrittlement (HE) phenomena associated with corrosion process in aqueous media. This work starts with a general presentation of the metallurgical properties of austenitic Fe-Mn-C steels and of the experimental techniques. Then, the isotopic tracing of hydrogen with deuterium by SIMS analysis allowed studying hydrogen diffusion mechanisms in these alloys. The corrosion of these steels in aqueous media have been studied by electrochemical tests and immersions at the rest potential in deuterated solution ; the influence of alloying elements on the hydrogen absorption during corrosion war characterized in detail. In situ tensile tests were used to characterize the HE susceptibility of these steels. They show that hydrogen-plasticity interactions play a predominant role in the HE mechanisms. This study also showed a strong influence of alloying elements on HE. Finally, the results of this study allowed discussing the mechanism involved in the role of alloying elements on the HE susceptibility of these steels.

Le développement des nanotechnologies passe par la mise au point de nouveaux instruments adaptés à la caractérisation de la matière à l'échelle nanométrique. Le Nanoprobe acquis par l'IEMN au début de ma thèse répond à cet enjeu. Cet instrument constitué d'une plateforme de Microscopie à Effet Tunnel à Quatre-Pointes (4T-STM) et surmontée d'un Microscope Électronique à Balayage (MEB) a pour vocation d'effectuer des analyses, contrôles et tests de nanomatériaux et composants électroniques.Après une description détaillée du fonctionnement de cet appareil (chapitre 2), une première étude a été réalisée pour déterminer l'influence de l'irradiation électronique sur des nanostructures semi-conductrices, à savoir ici des nanofils d'InAs (chapitre 3). Sous irradiation, les fils deviennent quasi-métalliques. Grâce à des mesures originales du transport dans des nanofils semi-suspendus, ce changement des propriétés électriques est attribué à la formation de défauts chargés à la surface des fils. L'ionisation par impact est un phénomène responsable de la multiplication des porteurs dans les cellules photovoltaïques. Le quatrième chapitre démontre l'intérêt du Nanoprobe à caractériser ce phénomène sur un système modèle, une jonction p-n de silicium. Alors que deux pointes en contact polarisent la diode, une troisième injecte localement par effet tunnel des électrons possédant une énergie bien définie. La mesure de porteurs supplémentaires démontre le phénomène d'ionisation par impact avec une résolution inégalée jusqu'à présent. / The advent of nanotechnology involves the development of an instrumentation capable of investigating the matter at this scale. The Nanoprobe acquired by IEMN at the beginning of my thesis brings technical solutions to this issue. This instrument consisting of a Four-Tip Scanning Tunneling Microscopy platform (4T-STM) and topped with a Scanning Electron Microscope (SEM) is dedicated to perform analysis, inspections and tests on nanomaterials and electronic devices. After a detailed description of this instrument (Chapter 2), a first study was conducted to determine the influence of electron irradiation on semiconductor nanostructures, InAs nanowires are treated here. Under irradiation, the nanowires become quasi-metallic. Thanks to original transport measurements on freestanding nanowires, this change of the electrical properties is attributed to the formation of charged defects on the surface of nanowires. The impact ionization is a phenomenon responsible for carrier multiplication in solar cells. The fourth chapter shows the ability of the Nanoprobe to characterize this phenomenon in a typical model, a silicon p-n junction. While 2 tips in contact polarize the diode, a third one locally injects tunneling electrons that have a well defined energy. The measurement of supplementary carriers proves that impact ionization occurs and can be measured with a resolution never reached before.