Esta tese apresenta, o projeto de uma perfuratriz que permite a execução de cinco tipos de fundação profunda, e o desenvolvimento de um ensaio de campo que possibilita avaliar as resistências por atrito lateral desenvolvidas entre o instrumento envolvido pelo solo escavado e o terreno natural. A perfuratriz foi projetada para executar estacas dos tipos hélice contínua monitorada, escavadas com trado mecânico, hélice segmentada monitorada, raiz e hollow-auger. As estacas dos tipos hélice contínua monitorada e as escavadas com trado mecânico são muito utilizadas no Brasil; as estacas raiz e hollow-auger são utilizadas em situações especiais e a estaca hélice segmentada monitorada é mais recente, mas sua aplicação tem tido um crescimento importante nos últimos dez anos. Para a perfuratriz multifuncional são apresentados cálculos e desenhos básicos dos principais conjuntos. Para a nova investigação de campo, denominada FDT - Full Displacement Test, é apresentado um desenvolvimento teórico com base no princípio universal da conservação de energia que, em termos práticos, resulta na obtenção da parcela de atrito lateral, denominado atrito lateral unitário equivalente (fse). Os resultados obtidos a partir dos dados aquisitados pelo sistema de monitoramento eletrônico da perfuratriz apresentaram-se concordantes entre si, indicando a possibilidade de praticamente se conseguir a repetibilidade do ensaio. Entre os diversos ensaios realizados, foi dada ênfase aos ensaios realizados no campo experimental de Fundações e Geotecnia da Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI, da Universidade de Campinas - UNICAMP e foram feitas correlações com as resistências obtidas nas provas de carga estáticas realizadas no local por Albuquerque (2001), a partir dos ajustes feitos para o nível instrumentado na profundidade de 11,70 m para o qual foi determinado um fator (G2), para cada tipo de estaca ensaiada (escavada, hélice contínua e ômega). A partir dos ajustes feitos para o nível 11,70 m foram feitas previsões de capacidade de carga por atrito lateral para os outros níveis instrumentados (5,00 m; 11,10 m e 12,00 m), sendo que os resultados apresentaram-se concordantes. / This thesis presents the design of a drilling rig that allows the execution of five types of deep foundation, and the development of a field test that allows measuring the skin friction resistance developed between the instrument involved by the excavated ground and the natural soil. The drilling rig was designed to make continuous flight auger, bored pile, continuous flight auger with segmented auger, root pile and hollow-auger pile. The continuous flight auger and bored piles are widely used in Brazil; the root pile and hollow-auger pile are used for in special conditions, and the continuous flight auger with segmented auger, is although more recent, but its application has had increased application grown in over the last ten years. For the multifunctional drilling rig, calculations and basic designs of the main sets are presented. For the new field test denominated FDT - Full Displacement Test, a theoretical development based on the universal principle of energy conservation was made carried out resulting and the result, in practical terms, was to obtain in the attainment of the skin friction defined in this thesis as equivalent unit skin friction (fse). The results obtained from the data acquired by the electronic monitoring system of drilling rigs were consistent among themselves, indicating the possibility of practically achieve the repeatability of the test. Among the various tests performed, emphasis was given to tests in the experimental field of foundations and geotechnics, of the College of Agricultural Engineering FEAGRI, Campinas University UNICAMP, and were correlated to the skin friction resistance obtained from the static load tests performed on site by Albuquerque (2001), based on the adjustments done to the instrumented level depth of 11.70 m, for which a factor (G2) was given in each type tested (bored, C.F.A and omega). From the adjustments made to the 11,70 m level, load-bearing capacity of skin friction predictions were made for other instrumented levels (5.00 m; 11.10 m and 12.00 m) presenting consistent results.

Visando o estudo de diversos tipos de fundações implantou-se um Campo Experimental de Engenharia Civil na Unesp, campus de Bauru. Neste local foram realizados inúmeros ensaios de investigação geotécnica cujo solo é uma areia fina argilosa de baixa compacidade, com características colapsíveis, representativo de uma grande área do Estado. Neste trabalho apresentam-se os resultados de trinta provas de carga à compressão, executadas neste campo experimental em dez estacas apiloadas, sendo doze provas em estacas instrumentadas com o uso de strain-gages. Em cada estaca executaram-se três provas de carga, sendo a terceira com inundação prévia do solo, para se verificar o efeito da colapsibilidade na capacidade de carga. A instrumentação permitiu determinar a parcela de carga resistida por atrito e pela ponta da estaca. Os resultados são comparados a métodos empíricos normalmente utilizados no Brasil. Os resultados obtidos servem como subsídios para os projetistas desse tipo de fundação de uso muito freqüente no interior do estado de São Paulo. / In order to study different foundation types, the Unesp (São Paulo State University) in Bauru, created an experimental field in Civil Engineering. In this site an extensive soil investigation program were carried out. The topmost soil is a clayey fine sand with collapsible characteristic. The paper presents the results of thirty compression load tests carried out in ten uncased displacement cast in place piles (pounded piles, called apiloadas in Brazil), where twelve load tests were instrumented with electrical strain gages. In each pile three load test were conducted, two in natural condition and the third after soaking the soil, in order to evaluate the influence of the soil collapsibility in the results. The instrumentation permitted the evaluation of the ultimate bearing, the skin friction, the end-bearing stress and the load transfer distribution along the pile length. Comparation are made between results obtained and predicted by empirical methods that used SPT and CPT results. The results obtained provides the basis for a more rational design procedure and has a major interest for those who are dealing with foundation design of this type, frequently used in the interior of São Paulo State which soil is similar from a geotechnical point of view.

L'état d'hydratation des électrolytes polymères pour piles à combustibles de type PEMFC et donc, la conductivité protonique de ce type d'électrolytes, est le point crucial pour comprendre et expliquer les performances électrochimiques de ce type de système. Le fonctionnement de la pile (création, absorption, diffusion, migration et désorption d'eau) conduit à une forte hétérogénéité de l'état d'hydratation du matériau polymère et donc de sa conductivité.La conductivité protonique des membranes actuellement utilisées comme électrolyte est le fait de la structure du matériau, des mécanismes de diffusion de l'eau et du proton, et des interactions eau-polymère au sein de la membrane. Nous nous sommes intéressés à ces problèmes et avons étudié les mécanismes d'hydratation et de diffusion par les techniques de spectroscopies vibrationnelles Infra-Rouge et Raman.Ce travail démontrera, entre autres, l'apport particulièrement intéressant des spectroscopies vibrationnelles in-situ pour la résolution de la problématique de la distribution de l'eau au sein de la membrane et son influence sur les performances de la pile. Nous proposons ici une étude de deux polymères perfluorosulfonés, le Nafion et l'Aquivion.Les propriétés d'absorption d'eau, de diffusion d'eau et de transport du proton dans ces deux membranes sont étudiées dans diverses conditions d'hydratation : dans les conditions d'équilibre, sous gradient d'activité chimique de l'eau (mesure in situ) et sous l'effet d'un champ électrique (mesure in situ et operando dans une pile en fonctionnement). La spectroscopie Infra-Rouge est utilisée pour étudier les changements structuraux des polymères ainsi que l'état de confinement de l'eau au cours de l'hydratation des membranes soumises à différentes valeurs de pression partielle d'eau et de température. Elle permet également d'étudier les interactions entre l'eau et les différents groupements chimiques présents dans la structure du polymère. L'ensemble des résultats est utilisé pour proposer des mécanismes d'absorption de l'eau ainsi que de dissociation des groupements acides de la membrane. La micro-spectroscopie Raman confocale, grâce à sa résolution spatiale micrométrique, permet de sonder l'épaisseur de la membrane et de déterminer le gradient d'eau transverse. Une cellule micro-fluidique a été développée pour l'étude des phénomènes de transport diffusif. Cette technique est actuellement la seule permettant de calculer les coefficients de diffusion équivalente à partir des gradients de concentration d'eau interne.Une pile à combustible spécialement adaptée aux mesures Raman, nous a permis, pour la première fois avec cette technique, de déterminer la distribution de l'eau à travers l'épaisseur de la membrane dans le système électrochimique en fonctionnement. Les informations ainsi obtenues sont des données primordiales pour comprendre, expliquer et prévoir l'impact de la distribution de l'eau au sein du cœur de pile sur les performances globales de ce système. / The water content of polymer electrolytes for Proton Exchange Membrane Fuel Cells and, thus, their proton conductivity, is the key issue to understand and to explain the electrochemical performances of the PEMFC electrochemical device. The fuel cell operation (creation, absorption, diffusion, migration and desorption of water) leads the hydration state of the membrane strongly heterogeneous. The proton conductivity of state-of-art polymer electrolytes results from the material structure, the water and proton diffusion mechanisms and the interactions between water and the polymer phase within the membrane. This work deals with these issues and uses vibrational spectroscopy techniques (Infra-Red and Raman) to study hydration and diffusion phenomena. Among others, this work shows the contribution of in-situ vibrational spectroscopies to the understanding of the water management issue and relationships between the water distribution throughout the membrane and the fuel cell electrochemical performances. Two perfluorosulfonated polymers, Nafion and Aquivion, are investigated.The water absorption and diffusion properties of these two membranes are studied under several hydration conditions: at the equilibrium, under external gradient of the water chemical activity and under the effect of an electric gradient (in-situ and operando measurements with the working fuel cell).Infrared spectroscopy is used to study structural modifications of the polymer phase occurring during the hydration process as well as the confinement state of water sorbed within the membrane. The last is submitted to different water vapor pressures and temperatures. This spectroscopy also allows to study interactions between water and the different chemical groups belonging to the polymer structure. Results are used to describe water absorption as well as the proton dissociation mechanism involving the sulfonic groups.Confocal Raman Micro-spectroscopy allows, by the spatial resolution at the micrometric scale, to probe the thickness of the membrane and to measure the inner, through-plane, water gradient. A micro-fluidic cell has been developed for the study of diffusion transport phenomena. This method is currently the only one by which equivalent diffusion coefficients can be calculated from internal water concentration gradients.A fuel cell especially designed for Raman measurements allowed us, for the first time by means of this technique, to determine the water distribution through the thickness of the membrane working in the electrochemical device. The new insights so obtained are essential for understanding, explaining and predicting the effects of the heterogeneous water distribution throughout the fuel cell heart on the electrochemical behavior.

Ce manuscrit de thèse présente la synthèse et l’optimisation d’un nouveau matériau d’électrode adapté aux biopiles enzymatiques et hybrides qui sont des systèmes capables de convertir de l’énergie chimique en énergie électrique en utilisant des catalyseurs enzymatiques. Ce matériau est constitué de nanofibres de carbone fabriquées par la technique d’electrospinning à partir d’une solution de polyacrylonitrile, suivi de traitements thermiques appropriés. Les propriétés structurales et électriques des nanofibres de carbone les rendent très intéressantes en tant que matériaux d’électrode tridimensionnels pour développer des systèmes de conversion d’énergie. Dans ce travail, afin d’améliorer ces propriétés, les nanofibres de carbone ont été synthétisées en les modifiant soit avec des nanotubes de carbone, soit in situ avec des particules d’or. D’autre part, l’influence de l’organisation spatiale des fibres a été étudiée avec la synthèse de fibres alignées et non alignées. La morphologie et la structure des fibres ont été caractérisées puis ces fibres ont été utilisées en tant que matériaux d’électrode modifiés par des enzymes oxydoréductases pour la réduction électrocatalytique de l’oxygène à la cathode. Des enzymes ont été encapsulées dans des matrices de Nafion, polypyrrole ou chitosan pour réaliser soit du transfert médiaté, soit du transfert direct. Pour la première fois, ces matériaux d’électrode ont été utilisés pour construire des biopiles enzymatiques et hybrides utilisant comme combustible soit de l’éthanol ou du glucose. Les résultats obtenus dans ce travail ont démontré les perspectives prometteuses des matériaux 3D à surface spécifique élevée pour améliorer les performances électriques des biopiles par rapport à des matériaux denses. / This thesis manuscript presents the synthesis and optimization of a new electrode material suitable for enzymatic and hybrid biofuel cells, which are systems capable of converting chemical energy into electrical energy by using enzymatic catalysts. This material is composed of carbon nanofibers fabricated by the electrospinning of a polyacrylonitrile solution, followed by appropriate thermal treatments. Carbon nanofibers structural and electrical properties make them very suitable for application as tridimensional electrode materials for the development of energy conversion systems. In this work, aiming to improve these properties, carbon nanofibers were synthesized and modified either with carbon nanotubes, or in situ with gold particles. In a different strategy, the influence of the fibers spatial organization was studied through the synthesis of aligned and randomly organized fibers. Fibers structure and morphology were characterized, and then the fibers were employed as electrode materials modified with oxidoreductase enzymes for the reduction of oxygen at the cathode compartment. Enzymes were entrapped in matrixes composed of Nafion, polypyrrole or chitosan in order to realize either mediated or direct electron transfer. For the first time, these electrode materials were employed for the construction of enzymatic or hybrid biofuel cells, with ethanol or glucose as fuels. The results obtained in this work were able to demonstrate the promising perspectives of 3D materials with high specific surface to enhance the performance of biofuel cells, if compared to dense materials.

Un des problèmes de mise en œuvre des bétons rencontrés sur des chantiers de pieux forés à la tarière creuse est la difficulté d’introduire la cage d’armatures dans le béton frais dans 15 % des cas. Cette difficulté est liée en partie au comportement rhéologique du béton et au phénomène de ressuage qui sont des problèmes de formulation du béton. En effet, des études sur des fluides à seuil (pâtes de ciment, solutions de Carbopol, émulsions) comme le béton, montrent une corrélation entre le déplacement d’objets dans ces fluides et leurs seuils de cisaillement.L’objectif de cette étude est de développer un outil de caractérisation du béton sur chantier qui permette de tester la capacité des armatures à être introduites dans le béton à partir d’une technique basée sur le principe de la pénétrométrie. Une formulation de base de béton pour pieux a été choisie sur chantier et modifiée en laboratoire de façon à obtenir des bétons aux comportements variés (seuil de cisaillement, perte d’ouvrabilité et thixotropie) représentatifs des conditions sur site. L’influence de ces différents paramètres rhéologiques sur l’enfoncement des armatures a été étudiée. Elle a permis d’identifier des valeurs seuils pour lesquels un refus d’enfoncement de la cage d’armatures (blocage) est observé : slump<18 cm; τs>780 Pa et τ0>340 Pa.Une étude complémentaire menée sur 4 chantiers de pieux forés à la tarière creuse a permis de valider et d’affiner les conclusions précédentes et de prédire les blocages éventuels. / This study is mainly concerned with a concrete placement problem encountered on continuous flight auger (CFA) pile, namely the difficulty of introducing a reinforcement cage into fresh concrete, difficulty that occurs in 15 percent of cases. These difficulties are correlated in part with the rheological behavior of the concrete as well as with the bleeding phenomenon, both of which pertain to concrete mix design problems. Indeed, studies carried out on yield stress fluids, like concrete, reveal a correlation between object displacements in these fluids and their actual yield stresses.The aim of this study is to develop a tool for the in situ characterization of concrete at rest, based on the principles of penetrometry, which can assess the capability of introducing reinforcements into concrete.A widespread pile concrete mix design was chosen on-site and modified in the laboratory to obtain concrete mixtures with various behavior (yield stress, loss of workability and thixotropy) which are representative of on-site conditions. The influence of these rheological properties on the reinforcement embedment capacity has been studied. For low viscosity values (6 to 12 Pa.s), the rejection of reinforcement becomes a real risk for some threshold values : slump<18 cm; τs>780 Pa and τ0>340 Pa. To avoid blocking τ0 should be limited during casting process.An additional study was conducted on CFA piles on-site and helps to validate previous findings. It also describes reinforcement embedment kinetic. A correlation was found between reinforcement depreciation period during its setting and concrete viscosity.

Ces travaux de thèse portent sur l'optimisation des méthodes de fabrication des assemblages membrane électrodes des Piles à Membrane Echangeuse de Protons (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Ils ont pour objectif d'optimiser le dépôt des couches catalytiques sur la membrane par une méthode de transfert. Le procédé a été utilisé pour fabriquer d'une part des assemblages à membrane Nafion® pour les piles à combustible à membrane fonctionnant à 80 °C (PEMFC) et d'autre part des assemblages à membrane polybenzimidazole dopée en acide phosphorique pour les PEMFC à haute température (160 °C). Au cours de cette étude, la détermination précise de la quantité de platine a été rendue possible par des mesures non destructives en fluorescence X. Nous avons développé également une méthode originale de fabrication de suspensions de blendes Nafion-PBI qui ont été incorporées dans les électrodes des assemblages à membrane PBI. L'effet de la composition, des épaisseurs et du mode de préparation des électrodes sur les performances des assemblages a été discuté. Les assemblages membrane électrodes à membrane PBI ont été caractérisés par des mesures en polarisation et en spectroscopie d'impédance (EIS). La détermination de surface active d'électrode a été réalisée par des mesures en voltammétrie cyclique in-situ (CV). La mise au point du procédé de fabrication des électrodes par transfert de couches actives sur membrane a permis d'obtenir des informations importantes sur les conditions de préparation des électrodes. Les performances des assemblages à membrane Nafion® sont supérieures à celles obtenues sur des assemblages de référence avec des électrodes supportées sur couche de diffusion (GDE). Il a été possible de réaliser pour la première fois des assemblages avec un dépôt sur des membranes polybenzimidazole déjà dopées en acide, les premiers résultats obtenus sont extrêmement encourageants. Le procédé de transfert des couches catalytiques pourrait être adapté pour réaliser des dépôts sur d'autres variétés de membranes dopées ou non dopées en acide. / This work concerns the optimization of the fabrication processes of membrane electrode assemblies for the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). The objective is to carry out the deposition of catalyst layers onto the membranes by a transfer process. The optimization of the catalyst layer compositions and its morphology is crucial for this process. Assemblies with Nafion® membranes for PEMFC working at 80 °C and phosphoric acid doped polybenzimidazole membranes for HTPEMFC (160 °C) have been prepared by this method. X-ray fluorescence spectrometry, due to its non destructive nature, was applied for precise analysis of platinum loading on the electrodes. In this work, a new method was also developed for the preparation of Nafion-PBI blend suspensions that have been incorporated in the electrodes of the PBI membrane electrodes assemblies. The PBI membrane electrode assemblies have been characterized by polarization measurements and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The in situ PEM Fuel Cell electrochemical surface area (ECSA) has been determined by cyclic voltammétrie measurements. The performances of Nafion membrane assemblies are higher than those obtained on reference assemblies, with gas diffusion layer supported electrodes. Promising results have been obtained on the assemblies performed for the first time with acid doped PBI membranes. The transfer process of the catalyst layer can also be used on other types of membrane.

Les piles à combustible sans membrane polymérique comme les piles à combustible microfluidique ont des perspectives très intéressantes pour des applications énergétiques à basse puissance. L'étude menée consistait donc à poursuivre le développement de catalyseurs cathodiques nanométriques pouvant être utilisés en tant que cathode dans une pile à combustible microfluidique directe. Au cours de ce travail de thèse, une modification du comportement catalytique du platine a été réalisée grâce à un effet de support, d'alliage avec un métal de transition 3d (titane), ou bien encore par coordination de la surface de nanoparticules de platine avec un élément chalcogène (sélénium). Les effets induits par ces modifications sur les propriétés électroniques du matériau catalytique, et leurs implications sur son activité catalytique ont été étudiés au même titre que sa stabilité et sa tolérance vis-à-vis de petites molécules organiques. Les études ont été menées dans le but de présenter un nouveau paradigme des relations structure-activité, structure-stabilité et structure-tolérance gouvernant le comportement catalytique d'une surface de platine. Les expériences ont par voie de conséquence été conduites de façon à pouvoir séparer les effets catalytiques induits par le support, de ceux induits par un effet d'alliage ou bien encore par coordination des atomes de surface avec un élément chalcogène. En conclusion, ces études ont démontrés l'effet de l'interaction du métal avec le support (oxyde ou matériau carboné présentant divers degrés de graphitisation) sur l'activité et la stabilité des catalyseurs. Un autre point important, qui a été développé dans ce travail de thèse, est la modif / Fuel cells without polymeric membrane such as the microfluidic fuel cells (MFFC) possess very interesting perspectives for low-power energy applications. The study aimed at pursuing the development of nanometric cathodic catalysts and to study their activity, stability and tolerance in a microfluidic system. In the present thesis, the activity, stability and tolerance of Pt-based nanoparticle electrocatalysts were investigated. The effect of the support materials and the influence of surface modification by a second element including 3d transition metal (titanium) and chalcogenide (selenium) were studied. The separation and reduction of the complexity of the interaction between nanoparticles-support and nanoparticles modification by a second element enables to achieve a clear relationship of the structure-activity-stability-tolerance of the supported fuel-cell electrocatalysts. The present experimental results from the effects of the support materials and of the modification of Pt by a second element led to improve activity, stability and tolerance. The developed approach and acquired knowledge about surface property correlation can be further generalized and used in the design of advanced selective electrocatalysts. Furthermore, the synthesized electrocatalysts were used as cathode in an organic microfluidic fuel cell.

Graphite is used as a moderating material and as a structural component in a number of current generation nuclear reactors. During reactor operation stresses develop in the graphite components, causing them to deform. If significant numbers of graphite components were to fail in this manner, the material’s effectiveness as a neutron moderator will be reduced, and the reactor’s safe operation may be compromised. It is therefore important to understand how the microstructure of graphite affects the material’s response to these stresses. Despite much research into the effects of stress on nuclear grade graphite, there remain gaps in our understanding of this process, and there are a number of frequently observed limitations in the current research. Many existing studies either focus on the bulk material, ignoring the important changes at the microlevel; or focus on residual stresses due to the lack of available in-situ data. An experimental programme was designed to study stress-induced changes to the microstructures of Gilsocarbon and Pile Grade A graphite used in UK nuclear reactors. Particular focus was paid to the deformation of the pore structure, since graphite is highly porous and the porosity has a significant effect on the strength and structural integrity of the graphite components. A compression rig was used to simulate the build-up of operational stresses, during which confocal laser microscopy and X-ray tomography were performed to quantify changes to the pore structure at the microlevel; while X-ray diffraction was performed to study deformation of the crystal lattice and quantify the build-up of lattice strains. Pore properties of interest included pore area, surface area, volume, eccentricity, orientation, angularity and separation. Crystal lattice properties of interest included layer spacing, unit cell and crystallite size parameters, lattice strains and Bacon Anisotropy Factor. The experimental and analytical techniques were designed to significantly enhance our current understanding of how graphite responds to stress, with each observation made using a novel technique or improving the effectiveness of existing techniques. These studies have enabled significant novel observations and discussions of the stress-induced deformation behaviour of nuclear grade graphite to be made.

L’étude des automates est un sujet fondamental de l’informatique. Ce modèle apporte des solutions pratiques à divers problèmes en compilation et en vérification notamment. Dans ce travail nous proposons l'extension aux automates à pile visible de résultats existants pour les automates. Nous proposons une définition d'automate à pile visible émondé et donnons un algorithme s’exécutant en temps polynomial émondant un automate en préservant son langage. Nous donnons aussi un algorithme de complexité exponentielle qui, pour un automate à pile visible donné, construit un automate équivalent à la fois émondé et déterministe. Cette complexité exponentielle se révèle optimale. Étant donné un automate à pile visible, nous pouvons associer à ses transitions des coûts pris dans un semi-anneau S. L’automate associe ainsi un mot d’entrée à un élément de S. Le coût d’un automate est le supremum des coûts associés aux mots d'entrée. Pour les semi-anneaux des entiers naturels et Max-plus, nous donnons des caractérisations et des algorithmes polynomiaux pour décider si le coût d’un automate est fini. Puis, nous étudions pour les entiers naturels la complexité du problème de la majoration du coût par un entier k. Les transducteurs à pile visibles produisent des sorties sur chaque mot accepté. Un problème classique est de décider s'il existe une borne sur le nombre de sorties de chaque mot accepté. Pour une sous-classe des transducteurs à pile visible, nous proposons des propriétés caractérisant les instances positives de ce problème. Nous montrons leur nécessité et discutons d’approches possibles afin de montrer leur suffisance. / The study of automata is a central subject of computer science. This model provides practical solutions to several problems including compilation and verification. In this work we extend existing results of automata to visibly pushdown automata. We give a definition of trimmed visibly pushdown automata and a polynomial time algorithm to trim an automata while preserving its language. We also provide an exponential time algorithm which, given a visibly pushdown automaton, produces an equivalent automaton, both deterministic and trimmed. We prove the optimality of the complexity. Given a visibly pushdown automaton, we can equip its transitions with a cost taken from a semiring S, and thus associate each input word to an element of S. The cost of the automaton is the supremum of the input words cost. For the semiring of natural integers and Max-plus, we give characterisations and polynomial time algorithms to decide if the cost of a visibly pushdown automaton is finite. Then in the case of natural integers we study the complexity of deciding if the cost is bounded by a given integer k. Visibly pushdown transducers produce output on each accepted word. A classical problem is to decide if there exists a bound on the number of outputs of each accepted word. In the case of a subclass of visibly pushdown transducers, we give properties characterizing positive instances of this problem. We show their necessity and discuss of possible approaches to prove their sufficiency.

Les piles à combustible microbiennes (PACM) permettent la production directe d'électricité par l'oxydation de matière organique ; à l'anode les combustibles organiques sont oxydés grâce à des microorganismes adhérés qui jouent le rôle d'électro-catalyseurs. Utiliser comme combustible la matière organique issue d'effluents ou de déchets des industries agro-alimentaires présente un double bénéfice : la réduction de l'impact environnemental et la génération d'énergie. Le travail réalisé dans le cadre de la thèse comporte trois volets : tout d'abord l'évaluation des combustibles et des sources d'inoculum en termes de capacités électro-catalytiques, ensuite la recherche de conditions opératoires favorisant la génération de courant simultanément à la biodépollution. Ces deux objectifs ont été abordés en conditions électrochimiques bien contrôlées (montages à trois électrodes, contrôle potentiostatique). Le troisième volet a porté sur la validation de ces conditions en configuration de PACM. Trois résidus issus d'industries agro-alimentaires ont été testés comme combustible : des jus de pomme fermentés, des lies du vin et des déchets de laiterie, et deux environnements comme source de micro-organismes électro-actifs : des boues anaérobies et des lixiviats de terreau de jardin. Les études en cellule électrochimique ont révélé les lixiviats de terreau comme la meilleure source de biocatalyseur et les résidus de laiterie comme le meilleur combustible. En conséquence l'amélioration du procédé a été effectuée principalement sur le couple lixiviats de terreau - résidus laitiers. Une acclimatation préliminaire de la microflore des lixiviats de terreau aux déchets de laiterie s'est révélée inutile. Des concentrations élevées des déchets de laiterie ont eu un effet négatif sur la génération de courant, bien qu'une réduction de 90% en demande chimique en oxygène (DCO) ait été atteinte. Le prétraitement de la surface de l'anode par l'adsorption du substrat a permis une augmentation du courant d'un facteur 10 par rapport à une anode non prétraitée. Les tests de températures comprises entre 10°C et 60°C suggèrent l'existence d'une large diversité de microorganismes électro-actifs. Une densité de courant de 1655 mA/m² a été atteinte à 40°C à un potentiel imposé de +0,1V/ECS sur une anode en feutre de graphite prétraitée. Différentes combinaisons « source de biocatalyseur - combustible » ont été évaluées en utilisant une PACM composée de deux compartiments séparés par une membrane échangeuse de protons et équipée d'une anode en feutre de graphite. Les meilleures performances ont été obtenues avec le lixiviat de terreau comme source de micro-organismes électro-actifs et les déchets laitiers comme combustible (92 mW/m2, 636 mA/m2). Ces résultats confirment les résultats obtenus en cellule électrochimique et se situent parmi les meilleurs dans le cadre du développement émergent des PACM pour l'exploitation de déchets bruts. / In the microbial fuel cells (MFC) electricity is produced by the oxidation of organic matter. At the anode the fuel is oxidized by the microorganisms attached to it, they act as catalyst. The use of food and agricultural industry wastes carry out to a double benefit: waste treatment and energy generation. In the present work three aspects are presented: Initially fuels and inoculum sources are evaluated in terms of their electro catalytic activity, thereafter operational parameters are studied to enhance electricity production and waste treatment. These studies are achieved in three electrodes electrochemical cells under potentiostatic control. In the last part, the materials and operational conditions selected are tested in MFC. Three wastes were tested as fuel to MFC: fermented apple juice, wine lees and dairy wastes, with two electroactive inocula: anaerobic sludge and garden compost leachate. The results in electrochemical cells indicated compost leachate and dairy wastes as the best inoculum and fuel respectively. Consequently, most of subsequent experiments were achieved with these materials. Preliminary acclimation procedure of compost leachate microbial flora to dairy wastes fuel proved not to be useful. High concentration of dairy wastes was detrimental to current generation; however the COD removal was 90%. Pre-treatment of electrode by pre-adsorbing dairy waste led to a 10-fold increase in the current density. Results from temperature test (10°C to 60°C) suggest a large diversity of electrochemically active microorganisms coming from compost. A current density of 1655 mA/m² was reached at 40°C with a pre-treated graphite felt anode under polarization at +0,1V vs. ECS. Different mixtures composed by “biocatalyst-combustible” were evaluated in a two chamber membrane microbial fuel cell, with graphite felt anode. The best performance was obtained with compost leachate as biocatalyst and dairy wastes as fuel (92 mW/m² at 636 mA/m² by polarization curve). These results confirmed those obtained in electrochemical cells and they are in the high range of performances reached with this new technology using raw materials.