Les recherches menées dans le domaine des piles à combustibles à membrane échangeuse de protons (PEMFCs) depuis le début des années 1980 ont permis de considérablement améliorer leurs performances. Deux principaux verrous persistent néanmoins au niveau des catalyseurs : le coût et la stabilité. En effet, pour obtenir de bonnes performances, il faut que la couche active cathodique soit relativement chargée en métaux nobles, comme le platine, ce qui a un coût important. En plus d’être couteux, les catalyseurs utilisés commercialement sont sujets à différents phénomènes de dégradation, notamment l’oxydation du support carboné. Les travaux décrits dans cette thèse visent à produire des catalyseurs bimétalliques supportés sur des nanotubes de carbones dopés, afin de préparer des structures actives pour la Réaction de Réduction de l’Oxygène (ORR) et résistantes dans les conditions de fonctionnement des PEMFCs. La première étape a été la synthèse de nanotubes de carbone dopés à l’azote (N-CNT) ou au soufre (S-CNT). Différents traitements et fonctionnalisations ont été testés pour faciliter le dépôt et la dispersion de nanoparticules métalliques à la surface des nanotubes, faciliter l’intégration du catalyseur dans la couche active et ralentir le phénomène d’oxydation du carbone. Des nanoparticules bimétalliques PtCo et PtNi ont été préparées en utilisant une méthode de synthèse originale utilisant un liquide ionique comme stabilisant. Tous les catalyseurs ainsi synthétisés ont présenté des surfaces électro-actives (ECSA) élevées et de bonnes activités pour l’ORR. Les plus pertinents ont été étudiés en mono-cellules de 25 cm². Ils présentent de meilleurs résultats aux tests de dégradation accélérés du support carboné, comparés à une référence commercial PtCo supporté sur noir de carbone. Une diminution du chargement en platine de la couche active cathodique de 0,4 mgPt/cm² à 0,2 mgPt/cm² a permis d’améliorer les performances de la mono-cellule en diminuant notamment les limitations dûes au transport de matière dans la couche active. / Researches on the field of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) since the early 1980s have greatly improved their overall performances. Nevertheless, there are still two main issues with the catalyst: the cost and the stability. In order to obtain good performances, the cathodic active layer generally shows very high loadings with noble metals such as platinum that explain the high costs. In addition to this cost, various phenomena of degradation and in particular the oxidation of the carbon support can be observed on commercially used catalysts. The aims of this work is to produce bimetallic catalysts supported on doped carbon nanotubes in order to obtain active structures for the Oxygen Reduction Reaction (ORR) and resistant under the operating conditions of the PEMFCs. The first step was the synthesis of carbon nanotubes doped with nitrogen (N-CNT) or with sulfur (CSx). Different treatments and functionalizations have been tested to facilitate the deposition and the distribution of metal nanoparticles on the surface of the nanotubes and to facilitate the integration of the catalyst in the active layer. Carbon nanotubes have been chosen because they are known to be less reactive for oxidation than carbon blacks. The bimetallic nanoparticles PtCo and PtNi were prepared using an original synthetic route using an ionic liquid as a stabilizer. All the catalysts synthesized exhibited good electro-active surface area (ECSA) and excellent activities for ORR. The most relevant catalysts were studied in monocells of 25 cm². They show better results in accelerated degradation tests of the carbon support, compared to a PtCo commercial reference supported on carbon black. A reduction in the platinum loading of the cathodic active layer from 0.4 mgPt/cm² to 0.2 mgPt/cm² improves the performances of cell by reducing the limitations due to the transport of material in the active layer.

Ces travaux de thèse ont été développés dans un contexte de motivation générale de développement de modes de transport plus électrifiés et plus respectueux de l'environnement, dans le but de réduire considérablement les émissions de gaz à l'effet de serre. Plus particulièrement l'objectif de ce projet de thèse a été d'étudier la faisabilité d'un concept de génération d'hydrogène à bord, par déshydrogénation catalytique partielle (PDh) du carburant, permettent d'obtenir de l'hydrogène pour alimenter une pile à combustibles embarquée en replacement des unités de puissance auxiliaires. Dans un même temps le combustible qui n'est que partiellement déshydrogéné conserve ses propriétés et peut être réinjecté dans le pool de carburant. Cette thèse est divisée en deux grandes parties. Une première partie décrit les travaux de recherche sur la déshydrogénation partielle du kérosène pour la production d'hydrogène à bord d'un avion. Le choix du catalyseur est crucial, il doit permettre de produire de l'hydrogène de haute pureté sans compromettre les propriétés d'origine du kérosène. Des matériaux avancés, composés de métaux imprégnés sur des nouveaux supports ont été développés, caractérisés et évalués en tant que catalyseur dans la réaction de PDh. L'influence de la composition du catalyseur sur son activité, sélectivité et durée de vie ainsi que les mécanismes de désactivation ont été étudiés. Un matériau catalytique optimisé composé d'une phase active de 1% Pt - 1 % Sn (m/m) supporté sur une γ-alumine à porosité contrôlée, a permis une production d'hydrogène de 3500 NL•h-1•kgcat-1, avec une pureté de 97,6% vol. et un temps de vie de 79 h, ce qui correspond à une puissance électrique fournie par une pile à combustible de 3,5 kW.La deuxième partie du manuscrit décrit une étude sur le diesel et l'essence et sur la faisabilité de la génération d'hydrogène par PDh des carburants autres que le kérosène. Les résultats obtenus avec le même matériau sont encourageants et montre une application possible dans des domaines de transports autres que l'aviation. Les résultats les plus significatifs obtenus avec des substituts de gasoil et d'essence sont respectivement des valeurs de productivité d'hydrogène de 3500 et 1800 NL•h-1•kgcat-1 avec des temps de vie de 29 et 376 h et une pureté supérieur à 99 % vol. pour le deux. / This thesis work have been developed in the general context of the development of more electrified and environmentally friendly means of transport, in order to significantly reduce greenhouse gases emissions. More specifically, the objective of this thesis project was to study the feasibility of the concept of on-board hydrogen generation by catalytic partial dehydrogenation (PDh) of fuel. The hydrogen produced serves to power a fuel cell system that replaces vehicles auxiliary power units. At the same time the fuel, that is only partially dehydrogenated, maintains its properties and can be re-injected into the fuel pool.This thesis is divided into two main parts. The first part describes the research on the PDh of kerosene to produce hydrogen on-board an aircraft. The choice of the catalyst is crucial: it should allow to produce high purity hydrogen without compromising the original properties of kerosene. Advanced materials, composed by metals impregnated on different supports, have been developed, characterized and evaluated as a catalysts in the reaction of PDh. The influence of catalyst composition on the activity, selectivity and stability as well as the deactivation mechanisms were studied. One of the optimized catalytic materials, composed of a 1% Pt - Sn 1% (w/w) active phase supported on a γ-alumina with controlled porosity, allowed a hydrogen production of 3500 NL•h-1•kgcat-1, with a purity of 97.6% vol. and a lifetime of 79 h, which corresponds to 3.5 kW of electric power supplied by fuel cells.The second part of the manuscript describes a study on diesel and gasoline and asses the feasibility of hydrogen generation by PDh of fuels different from kerosene. The results obtained with the previously mentioned catalyst are encouraging and show the possibility of applying this concept to other fields of transportation beside the aviation. The most significant results obtained with gasoline and diesel surrogates are respectively a hydrogen productivity value of 3500 et 1800 NL•h-1•kgcat-1 with lifetimes of 29 and 376 h and a purity that exceeds 99% vol. in both cases.

La thèse porte sur le développement d’une méthodologie IRM originale (sonde RMN de surface) permettant l’imagerie haute résolution et quantitative de l’eau dans la membrane polymère, un des constituants principaux des piles à combustible de type PEMFC. Les sondes radiofréquences développées sont dédiées à (1) l’étude du coefficient d’auto-diffusion de l’eau dans une membrane soumise à une contrainte de traction et à (2) l’imagerie en temps réel de la distribution de l’eau dans une membrane soumise à différentes conditions en humidité. Les mesures indiquent que l’anisotropie de diffusion de l’eau est intimement liée à l’anisotropie de la structure du polymère. L’observation de la progression des fronts d’humidités dans la membrane suggère que la limitation au transfert de masse est due aux résistances d’interfaces de la membrane mais surtout à la relaxation du polymère lors de l’adsorption de l’eau / This work focuses on the development of MRI/NMR methods dedicated to the characterization of water transport properties in a polymer membrane used in PEMFC. Radiofrequency coils are used to (1) study water self-diffusion coefficient in uniaxially stretched membranes and (2) spatially and temporally resolved measurements of the water distribution through the membrane. These measurements provide information about the influence of the polymer structure on water transport properties and also on real-time water distribution through the membrane in various humidity conditions. The water diffusion anisotropy is intimately linked to the structural order of the polymer. The steady-state and transient profiles of water content through the membrane indicate that mass transfer is limited by the interfacial resistances and mainly by the polymer relaxation during sorption

Fibre reinforced polymer (FRP) composites represent an alternative construction material for deep foundations that have the potential to eliminate most of the durability concerns associated with traditional piling materials. Research studies and database related to the use FRP composite material as piling foundation is very limited. This research project was undertaken to investigate the structural and geotechnical behaviour of FRP composite piles. The originality of this study rests on the following pillars:• Presenting a new understanding for the factors controlling the compressive strength of FRP tube confined concrete. • Introducing the concept of constitutive interface surface which considers the effect of surface hardness and relative roughness on the interface shear coefficient. • Studying the evolution of FRP pile surface roughness during the driving process. • Investigating the effect of harsh environments on the shear behaviour of FRP-granular interface. • Conducting an extensive experimental and numerical study to characterize the FRPs and soil parameters that control the behaviour of axially and laterally loaded FRP composite pile. Experimental testing program was conducted in this study to examine the behaviour of two different FRPs tubes confined concrete under axial compression, and flexural load. Based on the experimental results of this study and test results available in the literature, a new design chart was proposed to predict the strength enhancement based on concrete strength and FRP lateral confinement. An extensive laboratory study was conducted to evaluate the interface friction behaviour between granular materials and two different FRP materials. The interface test results obtained from experiment were used to examine a number of parameters known to have an effect on the interface friction coefficient. Furthermore, to investigate the evolution of FRP pile surface roughness during the driving process laboratory tests were also conducted to quantify the interface shear induced surface roughness changes under increased normal stress levels. Moreover, interface tests were also conducted using three more counterface materials to define schematically the constitutive interface shear surface (CISS) in the three dimensional domain of surface roughness, surface hardness, and interface shear coefficient. The long-term experimental program was also conducted in this study to assess the effect of different ageing environment conditions on FRP-granular interface shear coefficient. Acidic and alkaline aging environments were adopted in this study. The experimental program involved assessing the ageing effect on the testing FRP materials in terms of the changes in their hardness and surface roughness properties. Furthermore, the interface shear tests were conducted, using the unaged and aged FRP materials, to evaluate the effect of aging environments on FRP-granular interface shear coefficient. A small-scale laboratory pile loading tests were carried out to assess the FRP pile behaviour under axial and lateral loads. The laboratory test results were used to verify/validate a numerical model developed by the commercial finite element package ABAQUS (6.11). Additional numerical analyses using the verified model were conducted to investigate the effect of different the FRPs and soil parameters on the engineering behaviour of FRP pile.

Ce travail concerne la mise au point d’une cellule électrochimique de technologie PEM pour l’appauvrissement en oxygène d’un flux d’air. L’idée de départ consiste à répondre aux problématiques des photo-bioréacteurs en ce qui concerne le contrôle de la quantité d’oxygène nécessaire pour la croissance des micro-organismes. Deux axes principaux sont indispensables pour notre étude. Au début, nous avons étudié l’aspect technologique vu que la cellule électrochimique à concevoir n’est que le fruit de la combinaison d’une demi-pile à combustible au niveau de la cathode (réduction de l’oxygène) avec un demi-électrolyseur de l’eau à l’anode. De ce fait, le choix des matériaux des différents constituants de cette cellule passe par l’étude des systèmes pile à combustible et électrolyseurs de même type PEM. Cette étude nous a permis ensuite de concevoir notre cellule et de la valider expérimentalement. En parallèle, la cellule électrochimique, sujet de cette étude, est conçue pour fonctionner principalement en tant que cellule d’appauvrissement en oxygène de l’air. La réaction électrochimique clé qui contrôle ce mode de fonctionnement est la RRO. Néanmoins, l’étude cinétique de cette réaction passe par l’étude de deux autres réactions se passant lorsque notre cellule fonctionne en mode électrolyseur de l’eau. Ce dernier mode de fonctionnement a été pris en compte lors de notre conception du banc d’essai. En électrolyse, un dégagement d’hydrogène s’effectue à la cathode et un dégagement d’oxygène à l’anode aura lieu. Le relevé des paramètres des deux réactions a été utile pour déterminer les paramètres cinétiques de la réaction principale; réaction de réduction de l’O2 à la cathode / This work concerns the conception of a PEM electrochemical cell for oxygen depletion from an air flow. The starting idea consists in finding solution for the problem of photo-bioreactors regarding the control of the oxygen amount necessary for the growth of microorganisms. Two main areas are essential for our study. At first, we studied the technological aspect since the electrochemical cell design is the result of a combination of a half-fuel cell at the cathode compartment (reduction of oxygen) with a half-water electrolyzer at the anode. Therefore, the choice of materials for the different constituents of the cell passes through the study of PEM fuel cell systems and electrolyzers as well. This study allowed us to design and experimentally validate our cell. In parallel, the electrochemical cell, subject of this study, is designed to function primarily as cell of oxygen depletion. The reaction key which control mode is the ORR. However, the kinetic study of this reaction involves the study of two other reactions when our cell operates in the water electrolyser mode. The latter mode has been taken into account in our design of the test bench. In electrolysis, hydrogen evolution takes place at the cathode and oxygen evolution at the anode will occur. The survey of the kinetic parameters of these two reactions was useful for determining the kinetic parameters of the main reaction; reduction reaction of O2 at the cathode

Apresenta-se uma metodologia de projeto de fundações por estacas incluindo probabilidade de ruína. Considera-se que a complexidade do comportamento geológico-geotécnico do maciço de solo e do elemento estrutural de fundação, submetidos às ações aleatórias ambientais e funcionais, pode ser avaliada por meio das variáveis aleatórias resistência e solicitação. Estatisticamente, a metodologia proposta supõe que a população da fundação é finita, e que os estimadores extraídos das sondagens de simples reconhecimento e das provas de carga podem ser representativos da população (Aoki, 2002), também podem ser avaliados pelas estatísticas de ordem. Aplica-se esta metodologia na fundação do Píer 3 do Porto de Vila do Conde localizado no Estado do Pará, tendo como compartimentação geológica a formação Barreiras. Conclui-se, de modo geral, que esta metodologia pode ser aplicada nas obras de fundações por estacas, especialmente, para auxiliar nas tomadas de decisões. / A methodology of pile foundation projects is presented incorporating ruin probability. It is considered that the complexity of the geological and geotechnical behaviors of the soil mass and the structural element of foundation, subjected to environmental and functional random actions, can be evaluated by strength and solicitation variables. Statistically, the proposed methodology assumes that the population of the foundation is finite, and that the extracted estimators of the standard penetration tests (SPT) and the load tests could be representative of the population (Aoki, 2002). The extracted estimators of the said tests can also be evaluated by the order statistics. This methodology is applied in the Pier 3 foundation of Porto de Vila do Conde, Pará State, which is underlain by the Barreiras formation. It is concluded that in most cases, this methodology could be applied to pile foundations, especially, in taking decisions.

Cette thèse introduit différentes méthodes de vérification (ou model-checking) sur des modèles de systèmes à pile. En effet, les systèmes à pile (pushdown systems) modélisent naturellement les programmes séquentiels grâce à une pile infinie qui peut simuler la pile d'appel du logiciel. La première partie de cette thèse se concentre sur la vérification sur des systèmes à pile de la logique HyperLTL, qui enrichit la logique temporelle LTL de quantificateurs universels et existentiels sur des variables de chemin. Il a été prouvé que le problème de la vérification de la logique HyperLTL sur des systèmes d'états finis est décidable ; nous montrons que ce problème est en revanche indécidable pour les systèmes à pile ainsi que pour la sous-classe des systèmes à pile visibles (visibly pushdown systems). Nous introduisons donc des algorithmes d'approximation de ce problème, que nous appliquons ensuite à la vérification de politiques de sécurité. Dans la seconde partie de cette thèse, dans la mesure où la représentation de la pile d'appel par les systèmes à pile est approximative, nous introduisons les systèmes à surpile (pushdown systems with an upper stack) ; dans ce modèle, les symboles retirés de la pile d'appel persistent dans la zone mémoire au dessus du pointeur de pile, et peuvent être plus tard écrasés par des appels sur la pile. Nous montrons que les ensembles de successeurs post* et de prédécesseurs pre* d'un ensemble régulier de configurations ne sont pas réguliers pour ce modèle, mais que post* est toutefois contextuel (context-sensitive), et que l'on peut ainsi décider de l'accessibilité d'une configuration. Nous introduisons donc des algorithmes de sur-approximation de post* et de sous-approximation de pre*, que nous appliquons à la détection de débordements de pile et de manipulations nuisibles du pointeur de pile. Enfin, dans le but d'analyser des programmes avec plusieurs fils d'exécution, nous introduisons le modèle des réseaux à piles dynamiques synchronisés (synchronized dynamic pushdown networks), que l'on peut voir comme un réseau de systèmes à pile capables d'effectuer des changements d'états synchronisés, de créer de nouveaux systèmes à piles, et d'effectuer des actions internes sur leur pile. Le problème de l'accessibilité étant naturellement indécidable pour un tel modèle, nous calculons une abstraction des chemins d'exécutions entre deux ensembles réguliers de configurations. Nous appliquons ensuite cette méthode à un processus itératif de raffinement des abstractions. / In this thesis, we propose different model-checking techniques for pushdown system models. Pushdown systems (PDSs) are indeed known to be a natural model for sequential programs, as they feature an unbounded stack that can simulate the assembly stack of an actual program. Our first contribution consists in model-checking the logic HyperLTL that adds existential and universal quantifiers on path variables to LTL against pushdown systems (PDSs). The model-checking problem of HyperLTL has been shown to be decidable for finite state systems. We prove that this result does not hold for pushdown systems nor for the subclass of visibly pushdown systems. Therefore, we introduce approximation algorithms for the model-checking problem, and show how these can be used to check security policies. In the second part of this thesis, as pushdown systems can fail to accurately represent the way an assembly stack actually operates, we introduce pushdown systems with an upper stack (UPDSs), a model where symbols popped from the stack are not destroyed but instead remain just above its top, and may be overwritten by later push rules. We prove that the sets of successors post* and predecessors pre* of a regular set of configurations of such a system are not always regular, but that post* is context-sensitive, hence, we can decide whether a single configuration is forward reachable or not. We then present methods to overapproximate post* and under-approximate pre*. Finally, we show how these approximations can be used to detect stack overflows and stack pointer manipulations with malicious intent. Finally, in order to analyse multi-threaded programs, we introduce in this thesis a model called synchronized dynamic pushdown networks (SDPNs) that can be seen as a network of pushdown processes executing synchronized transitions, spawning new pushdown processes, and performing internal pushdown actions. The reachability problem for this model is obviously undecidable. Therefore, we compute an abstraction of the execution paths between two regular sets of configurations. We then apply this abstraction framework to a iterative abstraction refinement scheme.

Cette thèse s'attaque au problème de détection de malware en utilisant des techniques de model-checking: les automates à pile sont utilisés pour modéliser les programmes binaires, et la logique CARET (et ses variantes) sont utilisées pour représenter les comportements malicieux. La détection de malware est alors réduite au problème de model-checking des automates à pile par rapport à ces logiques CARET. Cette thèse propose alors différents algorithmes de model-checking des automates à pile par rapport à ces logiques CARET et montre comment ceci peut s'appliquer pour la détection de malware. / The number of malware is growing significantly fast. Traditional malware detectors based on signature matching or code emulation are easy to get around. To overcome this problem, model-checking emerges as a technique that has been extensively applied for malware detection recently. Pushdown systems were proposed as a natural model for programs, since they allow to keep track of the stack, while extensions of LTL and CTL were considered for malicious behavior specification. However, LTL and CTL like formulas don't allow to express behaviors with matching calls and returns. In this thesis, we propose to use CARET (a temporal logic of calls and returns) for malicious behavior specification. CARET model checking for Pushdown Systems (PDSs) was never considered in the literature. Previous works only dealt with the model checking problem for Recursive State Machine (RSMs). While RSMs are a good formalism to model sequential programs written in structured programming languages like C or Java, they become non suitable for modeling binary or assembly programs, since, in these programs, explicit push and pop of the stack can occur. Thus, it is very important to have a CARET model checking algorithm for PDSs. We tackle this problem in this thesis. We reduce it to the emptiness problem of Büchi Pushdown Systems. Since CARET formulas for malicious behaviors are huge, we propose to extend CARET with variables, quantifiers and predicates over the stack. This allows to write compact formulas for malicious behaviors. Our new logic is called Stack linear temporal Predicate logic of CAlls and RETurns (SPCARET). We reduce the malware detection problem to the model checking problem of PDSs against SPCARET formulas, and we propose efficient algorithms to model check SPCARET formulas for PDSs. We implemented our algorithms in a tool for malware detection. We obtained encouraging results. We then define the Branching temporal logic of CAlls and RETurns (BCARET) that allows to write branching temporal formulas while taking into account the matching between calls and returns and we proposed model-checking algorithms of PDSs for BCARET formulas. Finally, we consider Dynamic Pushdown Networks (DPNs) as a natural model for multithreaded programs with (recursive) procedure calls and thread creation. We show that the model-checking problem of DPNs against CARET formulas is decidable.

Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé. / The work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode.

<p>In the last two decades, there has been significant improvements in pile design methods. These methods include variables that have been studied using laboratory and full-scale experiments. Refined understanding of the underlying mechanisms controlling pile response to loading enables introduction of variables in the design equations that reflect observations made in high-quality experimental data.</p><p>The mechanisms involved in the mobilization of the pile resistance (both base and shaft resistance) are studied in this thesis using a large-scale model pile testing facility consisting of a half-cylindrical calibration chamber with image analysis capabilities, instrumented model piles, and data and digital image acquisition systems. The thesis focuses on the effect of the pile surface roughness on the mobilization of tensile shaft resistance, the effect of the pile base geometry on the mobilization of base resistance, the analysis of possible mechanisms responsible for time-dependent increases in pile axial capacity, and particle crushing produced by pile installation. </p><p>A set of model pile tests were performed to study the effects of three different surface roughnesses on the shaft resistance of model piles jacked in the half-cylindrical calibration chamber. Digital images of the model piles and surrounding sand captured during tensile static loading were analyzed using the digital image correlation (DIC) technique. The base and shaft resistance measured for the instrumented model piles and the displacement and strain fields obtained with the DIC technique show that an increase in the roughness of the pile shaft results in an increase in the average unit shaft resistance and in the displacements and strains in the sand next to the shaft of the pile. Guidance is provided for consideration of pile shaft surface roughness in the calculation of the tensile limit unit shaft resistance of jacked piles in sand.</p><p>Base geometry effects were studied using jacked and pre-installed model piles with flat and conical bases tested in the DIC calibration chamber. The results show that the mobilized base resistance of a model pile with a conical tip was less than that of an equal pile with a flat base, all other things being equal, by a factor ranging from 0.64 to 0.84. The displacement and strain fields obtained with DIC also show that the slip pattern below the pile with a conical base differs from that of a pile with a flat base. </p><p>Finally, the degree of crushing of silica sand particles below the base of model piles jacked in sand samples is studied. The particle size distribution curves are obtained before and after pile installation. Relationships between the load mobilized at the base of the model piles and two well-known breakage parameters are proposed. This work also provides detailed measurements of the trajectories followed by crushed and uncrushed particles during pile installation, and characterizes the typical particle crushing modes produced by piles jacked in silica sand.</p><div><br></div>