Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une thèse Cifre, en partenariat avec la société VIESSMANN Faulquemont SAS, dont l'objectif est d'aboutir à une couche absorbante de nouvelle génération qui vise à réguler de manière passive et réversible la température d'un capteur solaire. Cette couche absorbante est à base de dioxyde de vanadium (VO2), un matériau thermochrome qui présente une transition de phases de type semi-conducteur/métal en fonction de la température. Dans un premier temps, l'élaboration de films de VO2 à 500°C sera présentée puis nous montrerons un procédé inédit et original permettant d'obtenir une phase pure VO2 à partir d'un dépôt effectué à température ambiante. L'étude en température des propriétés optiques et électriques de ces deux types de revêtements sera discutée ainsi que les effets sur la transition de phases de paramètres tels que, la taille de grains ou encore les contraintes internes. Enfin, nous étudierons les propriétés physiques du système biphasé du type VO2+V4O9 qui sous forme de couche absorbante se trouve, in fine, être très avantageux pour la régulation thermique d'un panneau solaire / This work is incorporated within the framework of a Cifre thesis with the partnership of the VIESSMANN Faulquemont SAS society to end in a new generation of absorbent layer in order to regulate the temperature of a solar cell in a passive and reversible way. This absorbent layer is based on vanadium dioxide (VO2), this thermochromic material exhibits a phase semiconductor to metal transition depending on its temperature. In a first step, the synthesis of VO2 films at 500 °C will be exposed and then we will present a new process to obtain a pure VO2 phase with a film deposited at room temperature. The study in temperature of the optical and electrical properties of these two kinds of coatings will be discussed, same as the effects on the phase transition of parameters such as the grain size or the internal stresses. Eventually, we will study the physical properties of a VO2+V4O9 two-phase system as an absorbent layer which is, in fine, very beneficial for the thermal regulation of a solar panel

Les météorites et particules de poussière interplanétaire apportent des contraintes sur la formation et l’évolution de la matière dans le système solaire. Les micrométéorites, dont certaines proviennent des régions externes du système solaire, représentent la source dominante de matière extraterrestre arrivant sur Terre. Les micrométéorites collectées dans les neiges antarctiques sont dans un excellent état de conservation du fait de conditions géographiques et météorologiques favorables à leur préservation. La collection CONCORDIA/CSNSM de micrométéorites contient en particulier des micrométéorites peu altérées thermiquement lors de leur entrée atmosphérique. Certaines sont caractérisées par une très haute teneur en matière organique, dépassant 50% en volume, très largement au dessus des valeurs habituelles trouvées dans les météorites. Cette matière organique présente de plus la spécificité d’être fortement enrichie en deutérium et contient jusqu’à cinq fois plus d’azote celle extraite des météorites.Les différents scénarios proposés pour expliquer la formation de cette matière et satisfaisant à l’ensemble des caractéristiques de ces micrométéorites impliquent des corps parents orbitant au-delà de Neptune, dans la ceinture de Kuiper ou dans le nuage de Oort. La température y est suffisamment basse pour condenser à leur surface les molécules volatiles comme l’azote et le méthane tandis qu’ils sont exposés à l’action radiochimique du rayonnement cosmique galactique. Afin de contraindre ces scénarios, des expériences ont été conduites en exposant différentes glaces N2-CH4 aux faisceaux d’ions du GANIL simulant ce rayonnement. L’évolution chimique des glaces au cours de l’irradiation et pendant le recuit des échantillons a été suivie par spectroscopie infrarouge au moyen de deux dispositifs disponibles au CIMAP : la chambre d’analyse CASIMIR et le nouvel appareil IGLIAS. Des analyses complémentaires ex situ ont été menées par spectrométrie de masse. Les résultats apportant des éléments de réponse à l’origine de la matière organique des micrométéorites ultracarbonées ainsi que sur l’origine de leur enrichissement isotopique seront présentés et discutés. / Extraterrestrial materials, such as meteorites and interplanetary dust particles, provide constraints on the formation and evolution of organic matter in the young solar system. Micrometeorites represent the dominant source of extraterrestrial matter at the Earth’s surface, some of them originating from large heliocentric distances.Micrometeorites recovered from Antarctica snows provide a unique source of pristine interplanetary dust particles, which underwent a minimal weathering at atmospheric entry. A few percent are characterized by very large carbon content with at least 50% in volume, much higher than the value found in meteorites. This organic matter exhibits extreme deuterium excesses and is unusually nitrogen-rich.Several formation scenarios have been proposed for the formation of the N-rich organic matter observed in UCAMMs, suggesting that these particles come from a parent body orbiting beyond the nitrogen snow line, in the outer Solar System where they are exposed to ions from the galactic cosmic rays. We experimentally evaluate the scenario involving high energy irradiation of icy bodies subsurface orbiting at large heliocentric distances by irradiating N2-CH4 ices with swift heavy ions provided by the GANIL facility. Chemical evolution was monitored by Fourier transform infrared spectroscopy with two experimental set-up : CASIMIR and IGLIAS. Ex situ mass spectroscopy measurement where also conducted. Results concerning the origin of the organic matter found in ultracarbonaceous micrometeorites and the origin of its deuterium enrichment will be presented and discussed.

L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les risques et les barrières d’investissement dans le secteur des énergies renouvelables, en Tunisie, et d’en déduire les stratégies et les mécanismes à adopter pour accélérer le processus de transition vers les énergies renouvelables. Bien que les fondements de cette thèse soient basés sur l’analyse économique, elle privilégie, plutôt, une approche interdisciplinaire de management du risque. Nous avons procédé à une étude de cas d’un projet d’énergie solaire thermodynamique à concentration (le projet « TuNur ») qui aura lieu au sud de la Tunisie. Nous avons utilisé la méthode d’Analyse Globale des Risques (AGR) qui permet de déterminer les cartographies des risques (le diagramme de Kiviat et le diagramme de Farmer) ainsi que les moyens pour les réduire. L’application de cette méthode nous a permis de dégager la liste des 8 risques majeurs ainsi que les mécanismes et les stratégies à adopter pour les réduire. A la fin de cette thèse, nous avons présenté les différentes formes de gouvernance énergétique qui permettent de faciliter la diffusion des énergies renouvelables en Tunisie. Nous avons expliqué le fait que la politique énergétique de transition vers les énergies renouvelables doit être faite par les autorités publiques, au début, mais elle doit progresser rapidement vers d’autres formes de gouvernance, en passant par la participation du secteur privé et la gouvernance locale participative jusqu’à arriver à un stade où la gouvernance des risques devient nécessaire. / The main objective of this thesis is to identify and analyze the risks and barriers faced by renewable energy investors, in Tunisia, and to deduce strategies and mechanisms that should be adopted to accelerate the process of transition to renewable energies. Although the foundations of this thesis are based on the economic analysis, it favors, rather, an interdisciplinary approach of risk management.We conducted a case study of a project of concentrating solar power (the “TuNur” project) which will be held in southern Tunisia. We used the Global Risk Analysis method (GRA) which permits the determination of cartographies of risks (Kiviat diagram and Farmer diagram) and the ways to reduce them. The application of this method allowed us to generate a list of 8 major risks and the mechanisms and strategies to reduce them. At the end of this thesis, we presented the different forms of energy governance that facilitate the diffusion of renewable energies in Tunisia. We explained that the energy policy of transition to renewable energies must be made by public authorities, at the beginning, but it must quickly move to other forms of governance, through private sector participation and participative local governance until we get to a stage where the risk governance becomes necessary.

Le silicium monolike (ML), est un matériau obtenu par croissance dirigée sur des germes monocristallins et dédié aux applications photovoltaïque. Cette thèse se concentre sur la qualité structurale de ces cristaux de plusieurs centaines de kilogrammes et qui contiennent des défauts dont certains affectent particulièrement le rendement solaire. Le but est de comprendre les mécanismes d'apparition et de multiplication de ces défauts pour pouvoir à terme les inhiber. Comme le développement de sous-joints de grains (SJG), principaux responsables des pertes de rendements photovoltaïques, est potentiellement lié aux contraintes thermomécaniques qui se développent au cours du cycle de fabrication, nous avons simulé numériquement les températures d'un four contenant un lingot sur un cycle complet (fusion, croissance, refroidissement). A partir des valeurs de températures, nous avons pu établir une cartographie des contraintes thermomécaniques ainsi que leur évolution temporelle. En parallèle, nous avons utilisé plusieurs techniques de caractérisations structurales et électriques pour analyser les défauts cristallins et leur répartition dans le lingot, et ce à différentes échelles. Au cours du cycle, un premier maximum de contrainte en fin de chauffe génère des dislocations et des précurseurs de SJG dans le germe, le second en fin de solidification / début de refroidissement mène à l'organisation finale des dislocations du bruit de fond présentes dans tout le lingot. Une fois les SJG apparus, ils s'étendent latéralement au fur et à mesure de la progression de l'interface solide-liquide. Ces sous-joints ont une structure constituée de dislocations sessiles et verticales, qui suivent le front de solidification mais également de dislocations mobiles qui viennent se bloquer sur cette structure préexistante. [...] / Monolike silicon (ML Si), is a material obtained by directional solidification on monocrystalline seeds and dedicated to photovoltaic applications. This thesis focuses on the structural quality of these crystals of several hundred kilograms that contain defects that potentially affect the photoelectric yield. The goal is to understand the mechanisms by which these defects nucleate and multiply in order to inhibit them. Since the development of sub-grain boundaries (SGB), which are the main factors for the losses of photovoltaic yields, is potentially related to the thermomechanical stresses that develop during a thermal cycle, we simulated numerically the temperatures of an oven containing an ingot over a complete cycle (fusion, growth, cooling). From the temperature values, we were able to establish a map of the thermomechanical stresses as well as their temporal evolution. In parallel, we used several structural and electrical characterization techniques to analyze crystalline defects and their distribution in the ingot at different scales. During the cycle, a first maximum of stress at the end of the heating stage generates dislocations and precursors of SGB in the seed. The second stress maximum at the end of solidification / start of cooling stage leads to the final organization of background dislocations present in the whole ingot. Once the SGB appear, they extend laterally as the solid-liquid interface progresses. These SGB have a structure consisting of sessile and vertical dislocations, which follow the solidification front and also mobile dislocations that interact with this pre-existing structure. The integration of these mobile dislocations, which can occur just below the solid-liquid interface or during cooling, increases the misorientation of the SGB. [...]

L'énergie solaire concentrée est une source d'énergie alternative pour la conversion thermochimique de biomasse en vecteurs énergétiques ou en matériaux à haute valeur ajoutée. La production d'un gaz de synthèse à partir de biomasse lignocellulosique en est un exemple, de même que la production de résidus carbonés à propriétés contrôlées. Ces travaux portent sur l'étude du comportement d'un échantillon de hêtre thermiquement épais sous de hautes densités de flux solaire (supérieures à 1000 kW/m²). Deux approches ont été développées en parallèles : une étude expérimentale et le développement d'un modèle numérique. Les expériences ont permis de mettre en lumière le comportement particulier du hêtre sous de hautes densités de flux solaire. En effet, un cratère de char, dont la forme correspond à celle de la distribution du flux incident, se forme dans l'échantillon. Cette étude a aussi montré que la teneur en eau initiale de la biomasse a un fort impact sur son comportement. Les échantillons secs peuvent atteindre un rendement de conversion énergétique de 90 %, capturant jusqu'à 72 % de l'énergie solaire incidente sous forme chimique. Quant aux échantillons humides, ils produisent nettement plus d'hydrogène, au prix d'un rendement de conversion énergétique aux alentours de 59 %. De plus, le craquage thermique et le reformage des goudrons produits par la pyrolyse sont rendus possibles par les températures atteintes (supérieures à 1200 °C) et la présence d'eau. Enfin, il a été montré que l'orientation des fibres du bois n'a qu'un impact mineur sur son comportement. En parallèle, une modélisation des transferts couplés chaleur matière et des réactions chimiques mis en jeu lors de la gazéification solaire d'un échantillon a été développée. La construction du modèle a mis en avant la nécessité de recourir à des stratégies innovantes pour prendre en compte la pénétration du rayonnement dans la matière ainsi que la déformation du milieu par la gazéification. Les prédictions du modèle montrent un bon accord avec les observations expérimentales. Elles ont ainsi permis de mieux comprendre les couplages mis en jeu lors de la dégradation de biomasse sous haute densité de flux solaire. De plus, des analyses de sensibilités ont révélé que les modèles de type Arrhenius ne permettent pas de décrire finement le comportement de l'eau à l'intérieur de l'échantillon et que le choix du modèle de pyrolyse était capital pour décrire correctement le comportement la biomasse sous haute densité de flux solaire. / Concentrated solar energy is as an alternative energy source to power the thermochemical conversion of biomass into energy or materials with high added value. Production of syngas from lignocellulosic biomass is an example, as well as the production of carbonaceous residues with controlled properties. This work focuses on the study of the behaviour of a thermally thick beech wood sample under high solar heat flux (higher than 1000 kW/m²). Two approaches have been undertaken at the same time: an experimental study and the development of a numerical model. Experiments have highlighted a specific behaviour of beech wood under high solar heat flux. Indeed, a char crater, symmetrical to the incident heat flux distribution, forms in the sample. This study has also shown that biomass initial moisture content has a strong impact on its behaviour. The dry sample can achieve an energetic conversion efficiency of 90 %, capturing up to 72 % of the incident solar power in chemical form. While, high initial moisture content samples produce more hydrogen, at the price of an energetic conversion efficiency around 59 %. Furthermore, tar thermal cracking and steam reforming are enabled by the temperatures reached (higher than 1200 °C) and the presence of water. Finally, wood fiber orientation has been shown to have only a minor impact on its behaviour. At the same time, a modelling of the coupled reactions, heat and mass transfers at stake during solar gasification was undertaken. The development of this model has highlighted the necessity to implement innovative strategies to take into account radiation penetration into the medium as well as its deformation by gasification. Numerical model predictions are in good agreement with experimental observations. Based on the model predicted behaviour, further understanding of biomass behaviour under high solar heat flux was derived. In addition, sensitivity analyses revealed that Arrhenius type models are not fitted for precise intra-particular water behaviour description and that the choice of the pyrolysis scheme is key to properly model biomass behaviour under high solar heat flux.

Les Centrales Solaires Thermodynamiques à génération directe de vapeur utilisent la concentration optique du rayonnement solaire direct pour produire de la vapeur d'eau à haute pression et haute température. La vapeur d'eau est ensuite utilisée directement comme fluide de travail d'un cycle thermodynamique type Rankine, pour la propulsion d'un couple turbine-génératrice et assurer ainsi une production électrique. La conjonction de la variabilité naturelle de l'ensoleillement, qu'elle soit lente et déterministe (cycle jour/nuit, cycle saisonnier, dégradation des performances optiques), ou rapide et non déterministe (passages nuageux), et de la présence d'un écoulement diphasique eau/vapeur dans les tubes horizontaux, provoque un comportement fortement dynamique du système de génération de vapeur. Par ailleurs, les turbines à vapeur étant très sensibles aux fluctuations de la température d'admission de vapeur, il convient donc de réguler le plus efficacement possible la production de vapeur. Les temps de séjour de fluide dans les champs solaires linéaires pouvant être relativement longs, les stratégies de contrôle conventionnelles se révèlent moins adaptées et peu efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier, par la réalisation de modèles et de leur utilisation en simulation, le fonctionnement dynamique du système de génération de vapeur. Des modèles dynamiques de centrales linéaires de Fresnel et cylindro-parabolique sont réalisés, et des données expérimentales issues d'un prototype cylindro-parabolique sont utilisées pour la validation. Les modèles permettent ensuite l'étude de stratégies de régulation, permettant un contrôle de la vapeur sortant du champ solaire soumis à des transitoires. L'étude de l'utilisation de méthodes de prédiction de l'ensoleillement direct à court terme est abordée à la fin de ce travail, afin d'évaluer la possibilité d'intégrer ces méthodes dans les stratégies de régulation. / Direct steam generation concentrated solar power plants use the optical concentration of solar direct irradiation to generate high pressure and high temperature steam in the absorber tubes. Steam is used as the working fluid of a Rankine-type thermodynamic cycle for the propelling of a steam turbine and an electric generator. The conjunction of the natural transient condition of solar irradiation and the presence of a two-phase flow inside the absorber tubes leads to a strong dynamic behavior of the steam generation system. Moreover, steam turbines being very sensitive to inlet temperature transients, the control of steam generation has to be achieved with the best possible efficiency. Because of the large time constants of the flow in the solar field (among other reasons), basic control strategies are poorly efficient and not well suited. The aim of this thesis work is the study, through modeling and simulation, of the dynamic behavior of the steam generation system. Dynamic modeling of linear Fresnel and parabolic-trough solar plants is carried out, and experimental data from a parabolic-trough prototype are used for validation. The models are used for the study of advanced control strategies, for a better control of steam conditions at the solar field outlet, under irradiation transients. Short-term irradiation prediction methods are evaluated for a use in the control strategies.

L’exposition au soleil, et donc aux rayons ultraviolets, est de plus en plus fréquente chez l’homme dans les pays occidentaux. En effet, les modes de vie ont fortement changé ces dernières années, avec pour résultat une augmentation non négligeable des loisirs en extérieur. Ceci a pour conséquence une augmentation de l’apparition des cancers cutanés, dont le pronostic de survie est souvent mauvais et l’issue fatale. De plus, les traitements associés à ces maladies sont lourds et n’agissent pas toujours de façon efficace. Les campagnes d’information et de prévention face aux dangers du soleil restent donc les principales mesures efficaces pour lutter contre le cancer cutané lié à une surexposition au soleil. La recherche de nouveaux produits permettant de protéger de manière efficace la peau des effets néfastes des rayons UV reste donc un défi permanent et primordial pour la recherche dans l’industrie cosmétique. <p><p> Dans un premier temps, le travail a consisté à développer des nouvelles formulations de produits solaires contenant des concentrations élevées en filtres UV, conditionnées sous forme d’aérosol, celles-ci valables pour le marché européen. Une émulsion E/H et une émulsion E/Si ont donc été réalisées. Elles contenaient au final 27% de filtres UV pour l’émulsion E/H et 16,5% de filtres UV pour l’émulsion E/Si, dont 4% de filtres inorganiques pour les deux types d’émulsion. Leur viscosité était de 6800 mPa.s pour l’émulsion E/H et de 2800 mPa.s pour l’émulsion E/Si. Ces formulations étaient stables lorsqu’elles étaient conservées pendant 2 mois à 40°C et également lorsqu’elles subissaient 5 cycles de température entre 5°C et 40°C. La mise en aérosol de ces émulsions a nécessité l’utilisation de 22% de gaz propulseur (mélange :butane, propane, isobutane). <p>La taille des gouttelettes étant un paramètre important de la caractérisation des aérosols pour le choix des matériaux à utiliser ainsi que pour sécurité afin d’éviter toute inhalation pulmonaire, l’influence de différents éléments sur celle-ci a été étudiée. Nous avons ainsi montré que la concentration en gaz, la viscosité, la présence ou non de filtres inorganiques ainsi que le choix des valves et diffuseurs utilisés jouent un rôle dans la taille des gouttelettes émises, celle-ci ne pouvant pas être inférieure à 30 µm de diamètre. La taille des gouttelettes émises était supérieure à 50 µm avec pas plus de 0.1% ayant une taille inférieure à 10 µm et maximum 25% des gouttelettes ayant une taille comprise entre 10 et 30 µm. <p><p> Les produits formulés contenaient de grandes quantités en filtres solaires, organiques et inorganiques (27% pour l’émulsion E/H et 16,6% pour l’émulsion E/Si), il était donc important de vérifier qu’aucun des filtres présents dans les émulsions ne passaient à travers la peau lors de l’application des produits solaires. En effet, ceux-ci doivent rester à la surface de l’épiderme afin de maintenir l’efficacité des produits solaires et d’éviter des effets néfastes systémiques éventuels en pénétrant la peau. Une étude in vitro utilisant de la peau humaine excisée et des cellules de diffusion de Franz nous a permis de constater que les filtres inorganiques présents dans les formulations restaient en surface de la peau, et seulement deux des filtres organiques (l’EMC et MBBT) présentaient un potentiel de pénétration cutanée négligeable et non nocif pour la santé humaine (maximum 1,21 µg/ml/cm2 pour EMC et maximum 0,14 µg/ml/cm2 pour MBBT). De plus, après 24 h d’expérience, plus de 50% des filtres restaient à la surface de la peau, ce qui permettait de maintenir l’efficacité des produits solaires. Afin de mener à bien cette étude, des méthodes analytiques pour l’analyse simultanée des filtres solaires organiques d’une part, par CLHP (Chromatographie Liquide Haute Performance), et inorganiques d’autre part, par ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry), ont été mises au point et validées. <p>Une étude in vivo non invasive, basée sur le prélèvement des couches successives du stratum corneum, a été réalisée par la suite. Cette dernière a été effectuée par la méthode du « tape stripping », qui utilise des disques adhésifs rigides, et sur 9 volontaires pendant une période de 8 h. Elle a permis de confirmer les résultats obtenus avec la méthode in vitro. Une bonne corrélation entre ces deux types d’étude a été observée. <p><p> Enfin, la dernière partie du travail a porté sur l’EMC, un des filtres organiques utilisé dans la plupart des produits solaires mis sur le marché et dans les émulsions E/H et E/Si formulées. Ce filtre présente une sensibilité à la lumière et aux rayons UV. L’encapsulation lipidique de celui-ci a donc été envisagée afin de produire des nanoparticules dont la matrice lipidique a pour but de protéger l’EMC contre une dégradation causée par les rayons UV. Trois lipides différents ont été investigués et ont montré des résultats positifs de protection vis-à-vis des rayonnements UV. En effet, après 2 h d’irradiation par les UV, une perte d’efficacité de 30% de l’EMC pur a été observée contre 10% à 21% pour l’EMC encapsulé par les différents lipides. De plus, les nanoparticules n’ont pas montré de potentiel d’augmentation de pénétration cutanée de l’EMC. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Développer de nouvelles sources d’énergie respectueuses de l’environnement est un des enjeux majeur de nos sociétés développées. Pour espérer la pérennité de notre espèce sur cette planète, il est indispensable de développer les sources d'énergie renouvelable ; permettant de nous affranchir de la dépendance aux énergies fossiles polluantes et dont les stocks s’épuisent. Il appartient aux scientifiques d’apporter leurs contributions à cet important défi que l’on appelle la transition énergétique et pour ça d’aider à développer une énergie idéale qui ne produirait pas de déchet polluant, serait très efficace et largement disponible. L'énergie solaire représente un excellent candidat car elle est de loin la plus abondante et prometteuse source d’énergie propre. D'importants efforts sont donc menés pour développer les technologies solaires, notamment la photosynthèse artificielle.La photosynthèse artificielle a vu le jour il y a une centaine d’années et fait l’objet de beaucoup d’intérêt et de recherche. Cette technologie cherche à imiter la photosynthèse naturelle réalisée par les plantes; et cela afin de stocker l’énergie provenant du Soleil dans des composés utilisables par l’Homme. La photosynthèse artificielle consiste en l’élaboration de systèmes synthétiques capables sous impulsion lumineuse de réaliser la décomposition de l’eau de manière catalytique, pour générer du dihydrogène ou des produits issus de la réduction du CO2, que l’on appelle combustibles solaires car à haut potentiel énergétique. En effet, la photosynthèse débute par la photo-catalyse de l’oxydation de l’eau, qui permet d’extirper les électrons et les protons des molécules d’eau. Ce sont ces électrons et protons qui seront utilisés par un catalyseur pour produire les combustibles solaires.Depuis peu, une véritable volonté de comprendre les mécanismes qui ont lieu lors de ces réactions catalysées semble apparaitre. Ces réactions mettent en jeu des transferts électroniques multiples photo-induits et cela rend leur étude assez compliquée. Grâce à des avancées technologiques importantes, nous avons étudié de manière plus approfondies plusieurs systèmes photo-catalytiques afin d’en tirer des savoirs permettant de rationaliser le design et d’améliorer les capacités des futurs systèmes développés. Ces avancées techniques ont été possibles grâce à des collaborations interdisciplinaires entre des chimistes et des physiciens et ont permis de développer un montage d’absorption transitoire « double-pump» afin de caractériser les espèces transitoires formées et de retracer les mécanismes lors de deux transferts électroniques photo-induits successifs.Dans la seconde partie de ce travail, de nouveaux catalyseurs ont été développé pour la réaction de photo-catalyse de l’oxydation de l’eau. La majorité des études menées jusqu’ici sur le sujet ont porté sur des systèmes moléculaires, mais le manque de robustesse et de réutilisabilité des catalyseurs homogènes a poussé la recherche vers le domaine des matériaux. Ainsi depuis une quarantaine d’années des systèmes photo-catalytiques hétérogènes ont été développé. Nous avons explorés deux types de matériaux, des nanoparticules catalyseurs dans des systèmes photo-catalytiques, et des polymères qui à eux seuls sont capables de réaliser l’ensemble des fonctions nécessaires à la photo-catalyse d’une réaction telle que l’oxydation de l’eau sous irradiation de lumière visible.Ainsi au cours de cette thèse nous avons tenté par deux approches d’avancer les connaissances et le développement de la photosynthèse artificielle. Une solution encore peu développée au problème énergétique auquel notre société fait face est le recours aux combustibles solaires, et il est grand temps que la recherche avance et que la transition énergétique s’impose plus efficacement et largement. / Developpment of environment-friendly sources of energy is one of the stakes major for our societies. To hope for the sustainability of Humans on Earth, it is essential to change our consumer habits on energetics by breaking our dependance on fossil fuels, which use leads to ecological desasters and which stocks are running out. The key of this important challenge is the growth of renewable energy sources, and this is called energy transition. The ideal energy would not produce any polluting waste, would be efficient and widely available. Solar energy is an excellent candidate because it is by far the most abundant and promising source of clean energy. Thus, important efforts are made to developp the solar technologies, including artificial photosynthesis.Artificial photosynthesis was created a century ago and is the focus of many interests and researchs. This technology aims at mimicking the natural photosynthesis realized by plants ; and that in order to store the energy coming from the Sun irriadiation in compounds that can be used at demand. Artificial photosynthesis consists in the elaboration of synthetic systems able under light impulsion to realize the water splitting/decomposition reactions in a catalytique way, generating hydrogène or CO2 reduction products, which are called solar fuels thanks to their high energetic potentials. Indeed, photosynthesis begins with the photo-catalysis of water oxidation, which extirpates the electrons and protons of water molecules. And it is these electrons and protons which will be used to produce the solar fuels.Recently, a real commitment to understand deaply the mechanisms that take place during these catalysed reactions seems to appear. These transformations involve multiple photo-induced electron transfers and it returns their study relatively complicated. Thanks to technological breakthroughs, we studied in a thorough way several photocatalytic systems to draw knowledges ; allowing the rationalisation of the design and then the efficiency improvement of future developped systems. These technical advances were possible thanks to interdisciplinary collaborations between chemists and physicists and led to the developpment of a set-up of « double-pump » transient absorption, that enables to characterize the transient species formed and to track down the pathways during two successive photoinduced electron transfers.In the second part of this work, new catalysts were developped for the photocatalysis of water oxidation reaction. The big majority of the studies led so far on this subject concerned molecular systems, but the lack of robustness and reusability of homogeneous catalysts pushed the research towards materials area. Since about forty years, heterogeneous systems were developped for photocatalysis of several reactions. We explored two types of materials, nanoparticules as catalyst in photocatalytic systems ; and polymers that are able on their own to realize all the functions required for the photocatalysis of a reaction such as water oxidation under visible light irradiation.Thus, during this PhD we tried by two approaches to increase the knowledges and the development of artificial photosynthesis. A solution that is still under-developped to fix the energetic issue our society is facing to, is the use of solar fuels ; and it’s imperative for the research to move forward and that energy transition prevails more effectively and widely.

Les Systèmes Solaires Combinés (SSC), qui répondent aux besoins d'Eau Chaude Sanitaire (ECS) et de chauffage d'un bâtiment, peuvent réaliser des économies d'énergie conséquentes. Cependant, leurs performances dépendent énormément de leur conception, de leur installation et surtout de l'environnement énergétique auquel ils sont confrontés (c'est-à-dire les besoins thermiques du bâtiment et les ressources solaire). A ce jour, il est impossible de prédire l'économie d'énergie qu'un SSC permettrait de réaliser. Il n'existe aucun test normatif permettant la caractérisation des performances des SSC, ce qui pénalise le développement de son marché. La méthode SCSPT (Short Cycle System Performance Test) a pour objectif d'évaluer les performances annuelles des SSC à partir d'un test de 12 jours sur banc d'essai thermique semi-virtuel. Sa particularité est de considérer chaque système comme un unique ensemble ce qui permet, contrairement aux méthodes de type « composant », de prendre en compte les vraies interactions entre les éléments des SSC lors de leur test. Elle montre de très bons résultats mais ceux-ci sont limités à la prédiction des performances du système pour le seul environnement énergétique adopté lors du test. Ces travaux de recherche proposent une amélioration de la procédure SCSPT en lui ajoutant une étape d'identification d'un modèle générique de SSC à partir de données expérimentales. De cette manière, le modèle identifié pourrait simuler le comportement du SSC testé sur différentes séquences annuelles pour n'importe quel environnement énergétique et ainsi caractériser ses performances (à l'aide de la méthode FSC par exemple). L'architecture proposée pour ce modèle est du type « Boite Grise ». Elle mêle une partie « Boite Blanche » composée d'équations physiques caractéristiques de certains éléments du SSC et une partie « Boite Noire » constituée principalement d'un réseau de neurones artificiels. Une procédure complète est conçue pour entrainer et sélectionner un modèle correspondant aux SSC à partir des données de leur test sur banc d'essai semi-virtuel. Cette approche a été validée numériquement grâce à des simulations de trois modèles détaillés de SSC sous TRNSYS. En comparant leurs résultats annuels avec ceux des modèles « Boites Grises » entrainés à partir d'une séquence 12 jours, ces derniers sont capables de prédire la consommation en énergie d'appoint de manière très précise pour 27 environnements énergétiques différents. L'application concrète de cette nouvelle procédure a été réalisée expérimentalement sur deux SSC réels. Elle a confirmé que l'approche était pertinente et cohérente. Elle a également permis d'identifier quelques améliorations pour que la méthode soit totalement opérationnelle. Ce travaux offrent une base pour avancer dans l'élaboration d'une méthode complète et fiable de caractérisation des SSC qui pourraient conduire à une nouvelle procédure de normalisation (et d'envisager un étiquetage énergétique des SSC. / Solar Combi Systems (SCS) can be very efficient at reducing heat energy bill of a house but their performances depend on the environment they are working in (type of climate and thermal quality of the building). Currently it is impossible to predict how much energy a SCS would save before its installation. There is no standard test to characterize SCS performances and this curbs its market development. The Short Cycle System Performance Test (SCSPT), that is being developed at the French National Institute of Solar Energy (INES, Chambery, France), aims to evaluate SCS annual performance from a test on a semi-virtual test bench. Its special feature is to test the whole system as only one part, unlike “component testing” which can't consider real interaction between combisystems components. The SCSPT method shows good results but performance prediction is limited to only one environment (i.e. one set of system sizing, type of climate and building thermal quality, corresponding with the test). This work proposes an improvement of the SCSPT procedure by identifying a global SCS model from the test data. In this way, the identified model would be able to simulate the tested SCS behaviour in any environment and thus to characterize its performances. The proposed model to identify is a “grey box” model, mixing a “white box” model composed of known physical equations and a “black box” model, which is an Artificial Neural Network (ANN). A complete process is developed to train and select a relevant global SCS model from such a test on semi-virtual test bench. This approach has been validated through numerical simulations of three detailed SCS models. Compared to their annual results, “grey box” SCS models trained from a twelve days sequence are able to predict energy consumption with a good precision for 27 different environments. Concrete experimentations of this procedure have been applied to two real systems. They have confirmed that the approach is pertinent and revealed some points to improve in order to get it totally operational. This work offers major basis to get ahead with a complete method to characterize SCS that could lead to develop a standardization method from performance evaluation (and eventually complete the European norm EN 15316 for instance) and to plan a combisystems performance labelling.

L'efficacité énergétique des bâtiments occupe une place de plus en plus importante dans la société. Afin de réduire la consommation énergétique des bâtiments, le mur solaire avec vitrage a été élaboré. Ce système est composé d'un vitrage placé devant un mur massif d'une grande absorptivité créant une cavité entre les deux. Le présent travail est divisé en deux parties revoyant chacune à un article scientifique. L'objectif principal de cette étude sera d'optimiser le mur solaire avec vitrage, afin de minimiser la charge de chauffage et de climatisation dans un bâtiment. Pour atteindre cet objectif, un modèle numérique a été réalisé dans le logiciel MATLAB™ permettant de simuler le comportement thermique du système et de déterminer la charge de chauffage et de climatisation requise pour maintenir les conditions intérieures confortables dans un bâtiment résidentiel. Le modèle numérique est validé grâce à des logiciels de simulation de bâtiments et des résultats obtenus dans un article scientifique. Une fois le modèle validé, des études paramétriques ont été faites afin d'étudier l'influence de différents paramètres du système sur la performance de celui-ci et de trouver les valeurs optimales. L'étude considère une période d'un an et utilise des données météorologiques pour la ville de Québec (Canada). Une optimisation des paramètres géométriques à l'aide de routines d'optimisation de MATLAB™ a été faite. Un design optimal du mur solaire avec vitrage est également proposé.