Pionnier dans sa façon d’approcher la prise en charge des malades, le Pennsylvania Hospital for the Insane, construit à la fin des années 1830 dans la campagne proche de Philadelphie, fut dirigé de 1840 à 1883 par Thomas Kirkbride. A travers la culture visuelle de l’établissement, et tout particulièrement l’usage systématique qui y fut fait des spectacles de projection à la lanterne magique, cette thèse propose de relier l’entreprise thérapeutique du Dr. Kirkbride à la riche tradition artistique et photographique de Philadelphie. Dans cette tradition nous retiendrons en particulier les frères Frederick et William Langenheim, pionniers des procédés négatif-positif aux Etats-Unis. A travers l’analyse d’un tableau commandé au peintre Benjamin West, la première partie s’ouvre sur le Pennsylvania Hospital, situé au cœur de Philadelphie, et pose les éléments de la préhistoire de l’image au Pennsylvania Hospital for the Insane. La deuxième partie met en avant différentes facettes de « l’image renversée » présentée par le nouvel établissement et s’appuie notamment sur le projet culturel développé au cours de la période 1841-1859. La troisième partie s’attache plus particulièrement à l’évolution des espaces verts proposés aux patients. La collection de plaques de lanterne magique, telle une fenêtre ouverte sur l’extérieur, est au cœur de cette partie. Cette collection d’objets constitue non seulement un ensemble exceptionnel par son ampleur, la diversité des techniques d’images sur verre utilisées, et la longue période de sa constitution, mais témoigne aussi de pratiques culturelles novatrices. / The Pennsylvania Hospital for the Insane was built in the late 1830's in the countryside near Philadelphia. It was directed from 1840 to1883 by Thomas Kirkbride, who made ita pioneer in the humane treatment of the mentally ill. This thesis connects thetherapeutic work of Dr. Kirkbride to the rich artistic and photographic traditions of Philadelphia by examining the visual culture of the institution, with special attention to the systematic use of magic lantern shows. Frederick and William Langenheim,innovators in the negative-positive process in the United States, are especially important to this history. By focusing on a painting that was commissioned from Benjamin West, the first part opens the thesis in the heart of Philadelphia, at the Pennsylvania Hospital,and explores the background period leading up to the use of images at the Pennsylvania Hospital for the Insane. The second part details various aspects of the "reverse image"presented by the new hospital in the country and focuses on the cultural projectdeveloped during the period from 1841 to 1859. The third part looks closely at the development of outdoor spaces for the use of the patients. The collection of magic lantern slides, like a window open to the outside, is at the heart of this section. This collection of objects is exceptional due to its large scale, to the variety of techniques used in making the glass slides, and to the long period of its creation. It also bears witness to the innovative cultural practices which it records.

Du fait du coût élevé de certains matériaux adsorbants d’intérêt pour le traitement de la micropollution organique, l’étude a porté sur la régénération de matériaux adsorbants de type zéolithes hydrophobes et monolithe de carbone dans le cas de l’adsorption du bisphénol A et du diclofénac comme micropolluants réfractaires. Des procédés d’oxydation avancée impliquant des espèces radicalaires HO• (réaction de Fenton, électro-Fenton) et SO₄• – (activation de persulfate par voie thermique) ont été utilisés pour assurer la régénération des matériaux par désorption et dégradation oxydative des polluants fixés. La production de radicaux HO• au sein de la phase aqueuse circulant au niveau de l’adsorbant n’est pas suffisamment efficace pour sa régénération. Il a donc été envisagé de générer les radicaux au plus près des molécules adsorbées. Au cours de ce travail, une méthode sensible d’analyse par polarographie de H₂O₂ a été développée et validée pour le suivi des expériences avec les procédés mettant en jeu la réaction de Fenton. Pour différentes zéolithes, le catalyseur de la réaction de Fenton à base de fer a été incorporé préalablement dans la zéolithe. Pour le monolithe de carbone, les propriétés de conduction du matériau ont été mises à profit en l’utilisant comme cathode pour l’application du procédé électro-Fenton permettant de produire les radicaux HO• directement au sein du matériau. Cela a conduit à améliorer les performances de la régénération avec toutefois une diminution de son efficacité au cours de cycles successifs adsorption/régénération. / The elimination of organic micropollutants often requires the use of adsorption processes among the water treatments. The aim of our study is to regenerate two expensive materials (hydrophobic zeolites and carbon monoliths) to increase their life expectancy and decrease their investing cost. Two organic contaminants were targeted : diclofenac and bisphenol A, which are refractory pollutants. Advanced oxidation processes involve radical species, HO• (Fenton and electro-Fenton reactions) and SO₄• – (thermal activation of persulfate ion). These oxidants were used to decompose the adsorbed pollutants and thus regenerate the adsorbents. The HO• production, within the core of aqueous phase, did not reach satisfactory regeneration, and a loss of adsorption capacity was observed. Furthermore, during this study, a sensitive polarographic analytical method was developed and validated for the quantification of H₂O₂ in the aqueous phase. This method was used to follow in situ the Fenton reaction. The location of the catalyst in a closer vicinity of the adsorbed species was then optimized and the iron catalyst was impregnated in the host, prior to the adsorption, on different types of hydrophobic zeolites. Concerning carbon monolith, the electro-Fenton process was carried out using the material as the cathode thanks to its electrical conductivity. Consequently, HO• are produced in the porosity of monolith. This latter property enhanced the degradation of adsorbed solutes. The overall performances were increased compared to the homogeneous Fenton process. Nonetheless, a decrease of the adsorption capacities with adsorption-regeneration cycles was observed.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit concerne d’une part l’étude théorique des résonances plasmon de nanoparticules métalliques, et d’autre part une étude expérimentale d’inscription de nanostructures métalliques basée sur l’utilisation d’un Microscope à Force Atomique. La partie théorique présente une nouvelle approche phénoménologique permettant l’analyse des modes de résonance propres de particules uniques ainsi que de leur couplage dans des structures simples. Des algorithmes numériques ont été développés afin d’extraire les différents paramètres phénoménologiques à partir du calcul rigoureux du champ diffusé par les particules. Cette méthodologie a été appliquée à divers cas allant de la particule unique à des réseaux à deux dimensions de particules. La partie expérimentale développe une méthode d’inscription de nanostructures métalliques basée sur une réduction électrolytique d’ions métalliques présents dans une couche de silice méso-poreuse, en appliquant une différence de potentiel entre une pointe AFM conductrice et le substrat conducteur supportant la couche. Des structures sont formées de part et d’autre de la couche de silice, avec la possibilité de commuter leur position par simple inversion du potentiel appliqué. De plus, il apparait que cette commutation est accompagnée de modifications dans la conductivité locale de la couche de silice. Une conséquence du processus d’inscription est la formation de filaments métalliques à l’extrémité des pointes AFM. En particulier, des filaments d’or sont obtenus avec des dimensions allant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres de long pour une épaisseur de quelques nanomètres / The thesis presented in this manuscript concerns firstly the theoretical study of plasmon resonances of metal nanoparticles, and also an experimental study metallic nanostructures inscription based on the use of an Atomic Force Microscope. The theoretical part presents a new phenomenological approach for analyzing the resonant modes of unique particles and their coupling in simple structures. Numerical algorithms have been developed to extract the phenomenological parameters from the rigorous calculation of the field scattered by the particles. This methodology has been applied to various cases from the single particle to two dimensional particle arrays. The experimental section develops a metallic nanostructures inscription method based on electrolytic reduction of metal ions in meso-porous silica thin film, by applying a voltage between a conductive AFM tip and the conductive substrate supporting the film. Structures are formed on both sides of the silica layer, with the possibility to switch their position by a simple reversal of the applied potential. Moreover, it appears that this switching is accompanied by changes in the local conductivity of the silica layer. A consequence of the inscription process is the formation of metal filaments at the ends of AFM tips. In particular, gold filaments are obtained with sizes ranging from tens to hundreds of nanometers long with a few nanometers thick

L’espace lorrain a connu, au cours des XIXe et XXe s., une intense activité sidérurgique reposant sur la réduction d’un minerai sédimentaire, la Minette lorraine. Paradoxalement, on a longtemps considéré qu’aucune activité de production liée à l’exploitation de ce minerai n’avait pris place dans cette région avant l’époque contemporaine. Un programme de recherche initié il y a 25 ans a par ailleurs totalement renouvelé la perception de l’histoire sidérurgique de cet espace. Les activités de production s’y sont déroulées de manière sporadique dès les âges du Fer, avant de prendre de l’ampleur au cours de la période médiévale. Les recherches menées permettent une première appréhension de l’évolution des modes de production du fer en Lorraine à différentes époques, mises en perspective dans leur contexte européen. Toutefois, les modalités de distribution du métal produit restent largement méconnues, du fait de l’indigence relative des sources historiques à cet égard. Une première perception des circuits de distribution du fer se développant au sein de l’espace lorrain est exposée dans ce mémoire, contribuant à l’appréhension des usages du fer à différentes époques.Une méthodologie développée récemment par le Laboratoire Métallurgies et Cultures et le Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l’Altération, reposant sur la caractérisation chimique des déchets associés à la réduction du minerai et des inclusions présentes dans les produits sidérurgiques, a été employée dans ce but. Ce travail interdisciplinaire propose par ailleurs de nouveaux développements en termes de traitement statistique multivarié de l’information chimique, contribuant ainsi à répondre aux problématiques développées.Un référentiel géochimique, constitué d’une base de données préexistante et d’informations nouvelles acquises à l’occasion de prospections archéologiques, offre une perception nouvelle de la diversité chimique caractérisant les activités sidérurgiques anciennes au sein de l’espace lorrain et de ses marges. Des ensembles géochimiques de production ont ainsi été mis en évidence. Plusieurs contextes de consommation ont ensuite été considérés, offrant un éclairage sur les circuits de distribution du fer aux époques anciennes en Lorraine. Une démarche statistique, reposant sur l’emploi d’analyses descriptives et de modèles prédictifs, a été appliquée en ce sens, après avoir été éprouvée par l’étude d’ateliers sidérurgiques pour lesquels l’utilisation d’un minerai en particulier est assurée par le contexte archéologique.Les résultats obtenus permettent de préciser, parfois à l’encontre des hypothèses formulées au préalable, les pratiques d’échange du fer à différentes époques, en regard de nos connaissances quant aux modes de production sidérurgiques. Des discussions portant sur le rôle joué par le travail du fer au sein des sociétés anciennes sont initiées à la lumière des informations nouvellement acquises. / Lorraine was, during the 19th and 20th c., one of the most important ironmaking areas worldwide, relying on the use of a sedimentary ore, the Minette lorraine. Paradoxically, it has long been thought that no iron was produced using this ore before the modern era. A research program initiated 25 years ago totally renewed our perception of its metallurgical history. Production activities were indeed sporadically performed since the Iron Age, before drastically increasing during medieval times. Research performed allows a first apprehension of the ironmaking activities’ forms in Lorraine and their evolution through successive periods, put into perspective in the European context. Iron trade and circulation remain however largely unknown, due to the lack of historical sources. A first insight of the trade networks relative to iron products extending throughout Lorraine and its fringes is exposed in this thesis, contributing to the perception of the use of iron in different periods.A methodology recently developed by the Laboratoire Métallurgies et Cultures and Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l’Altération, relying on the chemical characterization of smelting slags and slag inclusions entrapped in iron products, was employed to that purpose. This interdisciplinary work also offers new developments in the multivariate statistical treatment of chemical information, and contributes to answering the issues raised at the beginning of this work.A geochemical reference set, comprised of a pre-existing database and new information gathered on archaeological surveys performed during this work, was set up. It provides a new perception of the chemical diversity characterizing iron smelting activities within Lorraine and its fringes. Geochemical production sets were emphasized in doing so. Several iron consumption contexts were then considered, offering the possibility of shedding light on iron spreading networks during ancient times in Lorraine. A statistical approach, relying on the use of both descriptive statistical analyses and predictive modelling, was applied to that purpose. It was beforehand tested by studies performed on workshops for which the use of a given ore is attested by archaeological records.Results allow enlightening, sometimes against formerly formulated hypotheses, the practices in terms of the iron’s trade through different periods, facing our current knowledge about iron production modes. Benefiting from newly gathered information, discussions about the role played by ironworking activities among ancient societies are initiated.

Ce travail de recherche, consacré à la synthèse d'une commande prédictive à modèle neuronal du procédé d'évaporation en multiple-effets, s'inscrit dans la continuité des travaux menés au L.G.I. depuis plusieurs années. Le mémoire de thèse s'articule en cinq chapitres : le premier présente l'atelier d'évaporation dans la chaîne de fabrication du sucre, et les développements théoriques et expérimentaux nécessaires à l'identification d'un modèle dynamique du procédé. Le chapitre 2 pose les bases théoriques du transfert technologique que constitue l'application des réseaux de neurones pour la modélisation et le contrôle des procédés industriels. La première partie de ce transfert technologique, décrite dans le chapitre 3, concerne l'identification de modèles du procédé d'évaporation, à partir de données expérimentales issues des campagnes de mesure menées à la sucrerie de Bois Rouge, La Réunion, en 1997 et 1998, et la simulation des modèles identifiés. Dans le chapitre 4, la problématique de l'automatisation du procédé, confrontée aux limites rencontrées par les schémas de régulation traditionnels, justifie la mise en oeuvre d'une stratégie de commande avancée. Cette démarche, qui constitue la deuxième partie du transfert technologique que nous avons entrepris, aboutit à la mise en oeuvre d'un schéma de commande prédictive mono variable basée sur un modèle à réseau de neurones, testé en simulation dans le chapitre 5. L'ensemble des résultats de simulation sont prometteurs, ce qui permet d'envisager l'implantation d'une stratégie similaire in situ dans les meilleurs délais.

Cette étude, réalisée dans le cadre d'une thèse en contrat CIFRE avec la société PSA Peugeot Citroën, a pour objectif l'étude expérimentale et numérique du procédé de sertissage des tôles métalliques. Ce procédé intervient dans les dernières opérations de mise en forme des ouvrants automobiles, après l'emboutissage et le tombage de bord (inclinaison du bord de la pièce à 90◦ ). Il s'agit d'un procédé d'assemblage par déformation plastique à froid, entre la peau extérieure et la doublure (partie renforçante) d'un ouvrant. Il est classiquement scindé en deux étapes, qui sont le présertissage, qui amène le bord tombé à environ 45◦ de la doublure, et le sertissage. Deux matériaux sont étudiés : un aluminium de la série 6000 et un acier à bake hardening. La caractérisation est réalisée à l'aide d'essais de traction uniaxiale et de cisaillement monotone et alterné, an de caractériser l'effet Bauschinger. L'étude s'est particulièrement attachée à la détermination des paramètres matériaux d'une loi de comportement élastoviscoplastique avec des critères de plasticité isotrope et anisotrope couplés à un écrouissage isotrope et mixte. Un dispositif de sertissage spécique a été conçu pour permettre le tombage et le sertissage classique et par roulage d'éprouvettes de laboratoire non planes (galbées) avec des bords courbes. Ces éprouvettes ont subi des prédéformations par expansion biaxiale (2 rayons de galbe différents) puis sont découpées par laser, tombées et serties sur le dispositif. Ces essais ont constitué une base de données expérimentale pour plusieurs géométries, avec mesure des caractéristiques géométriques et des efforts. La modélisation du procédé de sertissage classique a été réalisée avec le logiciel Pamstamp2G afin de déterminer l'influence des lois de comportement (critère de plasticité et type d'écrouissage) sur les résultats de la prédiction numérique. L'étude s'est également orientée sur le développement d'un outil numérique pour modéliser le sertissage par roulage, afin de décrire la trajectoire du galet. La base d'essais a permis la calibration du procédé en déterminant les paramètres numériques optimums à adopter pour cette mise en donnée particulière. La déformation plastique équivalente atteint localement des valeurs entre 0.8 et 1.0 dans la zone pliée et des fissures peuvent apparaître pour l'alliage d'aluminium. Une loi de comportement qui prend en compte l'endommagement ductile (modèle GTN) a été identiée à l'aide d'essais de traction uniaxiale sur éprouvettes droites et avec entailles ainsi que sur des essais d'expansion biaxiale. Des essais expérimentaux représentatifs du procédé de sertissage ont permis de quantier expérimentalement cet endommagement sur la zone pliée et leur modélisation numérique, la détermination de la limite de sertissabilité de la structure.

La complexité des applications numériques de calcul scientifique ne cesse de croître. Cette difficulté revêt alors deux formes. La première est une complexité logicielle qui nécessite l'intégration de divers codes de calcul toujours plus sophistiqués et spécialisés à la simulation de phénomènes physiques complexes. La seconde forme de complexité est calculatoire où les composants de calcul nécessitent toujours plus de ressources et de capacité de stockage afin de modéliser, entre autres, les phénomènes au plus proche de la physique « réelle ».<br /><br />Dans le domaine de la simulation des procédés assistée par ordinateur, la complexité logicielle est masquée par le standard CAPE-OPEN qui répond aux besoins d'intégration de codes tiers. Il propose des spécifications d'interfaces, basées sur une approche par composants logiciels tels que DCOM ou CORBA. Cette thèse apporte une solution à la complexité calculatoire. Pour cela, nous étudions le problème de la distribution de la charge de calcul des simulations des procédés sur des architectures de type grappe de calcul dont les composants sont au standard CAPE-OPEN. Une exécution distribuée performante requiert la distribution des activités concurrentes de l'application tout en minimisant le volume de données à échanger via le support de communication.<br /><br />Dans ce contexte, nous présentons une analyse fine du schéma d'exécution des simulations de procédés qui conduit à la conception de deux environnements distribués d'exécution. Le premier nous a permis de quantifier le gain atteignable sur une grappe de calcul à travers la simulation de plusieurs cas tests métier. Toutefois, les contraintes technologiques industrielles se sont avérées peu propices à l'implémentation d'un environnement distribué visant à s'approcher de l'optimal. Par conséquent, la définition d'un second prototype basé sur le moteur exécutif KAAPI a été mené à bien. Afin de répondre à nos besoins, nous l'avons étendu aux techniques « statiques » d'exécution. Fort de cet environnement, nous avons entrepris d'étudier différentes politiques d'ordonnancement. L'environnement KAAPI couplé à notre extension ouvre de larges perspectives d'études dans le cadre plus large des applications numériques de calcul scientifique.

Les interactions entre les plasmas créés par couplage inductif et les parois du réacteur sont responsables du manque de reproductibilité des procédés de gravure par plasma auquel est confrontée l'industrie microélectronique. Nous avons mis en évidence le mécanisme global de formation des dépôts sur les parois du réacteur pendant la gravure de divers matériaux grâce à une technique d'analyse des parois basée sur la spectroscopie de photoélectrons X. L'utilisation de plasmas à base de fluor est inévitable pour retirer ces dépôts et ainsi obtenir une reproductibilité satisfaisante, mais elle conduit à la formation de matériau AlFx sur les parois en Al2O3 des réacteurs - et ainsi à des dérives de procédés - à moins de lui associer un nettoyage par plasma à base de SiCl4 (ou de BCl3). Nous avons également étudié une stratégie de conditionnement des parois du réacteur avec du carbone qui permet d'améliorer la reproductibilité des procédés de gravure tout en supprimant le problème d'apparition de l'AlFx. L'impact de la nature chimique des parois du réacteur sur la physico-chimie des plasmas à base de chlore est détaillé et le rôle majeur du recyclage des espèces sur les parois du réacteur est mis en évidence.

La tendance permanente à la réduction des dimensions des composants de la microélectronique mène à la fabrication de couches d'oxydes de plus en plus fines. Afin de poursuivre cette miniaturisation, le recours à la caractérisation de ces couches, impliquant la connaissance parfaite de l'interface Si/SiO2, devient incontournable. Des simulations précises et prédictives des procédés aux échelles atomiques et microscopiques peuvent aider à cette caractérisation. Notre étude consiste en la détermination des premiers stades de l'oxydation thermique d'un substrat de silicium grâce à la mise en oeuvre d'une approche multi échelles. L'utilisation des calculs ab initio permet l'identification des propriétés locales des mécanismes élémentaires de l'oxydation à l'échelle atomique en termes de structures atomiques et électroniques, d'énergies d'activation de diffusions& La croissance d'oxyde selon les procédés de fabrication peut être reproduite par le développement d'un simulateur Monte Carlo cinétique à partir des mécanismes réactionnels identifiés. Le recours au Monte Carlo cinétique est nécessaire pour atteindre des échelles de temps et d'espace suffisantes pour simuler les procédés de fabrication. Nous avons réalisé des calculs ab initio à l'échelle atomique et développé un code Monte Carlo cinétique nommé Oxcad afin d'appréhender, de caractériser et de simuler les premières étapes de l'oxydation thermique d'une surface de silicium.

La méthode des éléments finis, bien qu'employée dans la grande majorité des codes de simulation industriels, présente un certain nombre de limitations pour la simulation des procédés de mise en forme, notamment lors de grandes déformations, de la localisation des phénomènes comme c'est le cas pour la formation de bandes de cisaillement ou de fissures. La nécessité de reconstruire un maillage vérifiant un certain nombre de critères de qualité entraîne des coûts de calcul additionnels, ainsi que des problèmes de robustesse, particulièrement pour les problèmes tridimensionnels complexes. Depuis une dizaine d'années, de nouvelles méthodes numériques, alternatives à la méthode des éléments finis, ont été développées. Ces méthodes, appelées méthodes sans maillage, construisent une partie ou la totalité de l'approximation entièrement à partir du nuage de nœuds. L'objectif de cette thèse est de développer un certain nombre d'outils numériques basés sur les concepts précédemment cités affin de mettre au point un logiciel de simulation des procédés permettant de surmonter certaines des difficultés liées à la méthode des éléments finis. La technique proposée, baptisée méthode C-NEM, est une extension de la méthode des éléments naturels (NEM) dont les améliorations permettent un traitement plus simple pour l'analyse des procédés. La première partie présente la méthode et son intérêt pour les problèmes présentant des discontinuités fixes ou mobiles. La deuxième partie présente des approches permettant de traiter les problèmes en grandes déformation avec éventuellement une localisation des phénomènes. La dernière partie illustre la méthode au travers d'exemples numériques.