Le développement des systèmes de récupération d'énergie est liée à l'émergence des applications de type Internet des objets (IoT) plus spécifiquement à la prolifération des réseaux de capteurs autonomes. Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des technologies de l’information et de la communication ont permis de lever certains verrous technologiques au développement de ces réseaux de capteurs intelligents et autonomes, notamment grâce à l’amélioration des performances intrinsèques des composants microélectroniques (vitesse, consommation), la conception de circuits plus économes en énergie, ou bien la mise en place de standards de communications radio adaptés à ces contraintes énergétiques. Etant donné l’ubiquité des sources d’énergie, la fabrication de générateurs permettant d’alimenter directement ces capteurs et les rendre autonomes en énergie à partir de ces sources représente une alternative viable à l’utilisation de batteries pour prolonger la durée de vie de ces capteurs communicants. Diverses technologies de générateurs ont ainsi été proposées pour s’adapter aux différentes formes que peut prendre l’énergie, qu’elle soit d’origine thermique, mécanique ou solaire. Le présent travail est une contribution à l'élaboration d’un récupérateur d’énergie thermique à base de bilames thermiques et de matériaux piézoélectriques. Ce type de générateurs, proposé et développé au sein de STMicroelectronics à Crolles, se veut être une alternative fiable et bas coût à l’utilisation de matériaux thermoélectriques exploitant l’effet Seebeck pour générer de l’énergie électrique. Des preuves de concept de tels systèmes ont déjà été développées aussi bien à macro-échelle qu’a micro-échelle. Ce travail s’inscrit dans la continuité du développement d’un récupérateur d’énergie macroscopique reposant sur ce principe-là. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’optimiser cette structure pour atteindre des niveaux de puissances plus élevés que la première preuve de concept puis dans un second temps, de réaliser son intégration afin d’effectuer des démonstrations de capteur autonome et confirmer la viabilité de la technologie développée pour de telles applications. / The development of energy harvesting systems is linked to the emergence of the Internet of Things (IoT) more specifically to the proliferation of Wireless Sensor Networks that should respond to the growing needs for monitoring data in domains as diverse as the industry, the urban environments, the home or even the human body. Recent progress in the CMOS technology have enabled to remove some of the technical obstacles to the deployment of these smart and autonomous devices, specifically thanks to the improvements of the performances of microelectronic components, the design of ultra-low-power circuits and even the creation of wireless communication standards well adapted to the needs of wireless sensors. Given the availability of ambient energy sources like mechanical, thermal, light etc., energy harvesters are becoming reliable alternatives to batteries in order to extend the autonomy of these sensors. Consequently, various technologies of generators have been developed to harvest different kind of energies in function of their availability. The present work is a contribution to the development of a thermal energy harvester based on bimetallic strips heat engine and piezoelectric membranes. This type of technology developed by STMicroelectronics is intended to be a low cost alternative to thermoelectric generators exploiting the seebeck effect to convert heat into electricity. Based on this working principle, many harvesters both at the micro and macro scale have been fabricated. This thesis deals with the development of macroscopic energy harvesters whose first proofs of concept were established in a previous thesis. An important part of this manuscript deals with the thermal optimization of this energy harvester both in static and dynamic modes. Once the thermal properties improved, various piezoelectric materials were tested and compared to find the most adapted ones to our application and the same work is realized to choose the best device’s architecture. The integration of the energy harvester is then realized and wireless sensor node applications are demonstrated using various communication protocols and sensors. SPICE modeling of the system is also made and coupled with simulations of power management circuits developed by CEA’s design team. Finally, alternative ways to exploit wasted heat and vibrations are proposed through the development of piezoelectric bimetals and dual energy harvesters able to harvest thermal energy and mechanical energy at the same time: piezoelectric bimetals are realized either by direct deposition of piezoelectric composites or piezoelectric thin films onto bimetals. In the case of the dual energy harvester, piezoelectric cantilever beams were designed and simulated to vibrate at low frequencies (between 50Hz and 125Hz).

Basée sur un vaste corpus d’œuvres en quartzite, axé sur la statuaire mais prenant aussi en compte d’autres types de monuments, l’étude vise à examiner l’utilisation de cette pierre dure par les anciens Égyptiens au Nouvel Empire, sous les XVIIIe et XIXe dynasties. Correspondant à du grès silicifié, le quartzite a été extrait du Gebel el-Ahmar au nord et des carrières d’Assouan au sud. Après avoir évoqué les caractéristiques géologiques du quartzite et sa désignation dans les anciens textes égyptiens, l’étude traite du travail dans les carrières du point de vue de son organisation et de ses aspects techniques (méthodes d’extraction, outils employés, ébauches in situ), avant d’envisager la question du transport et de la finition dans les ateliers de sculpteurs. La seconde partie, introduite par un chapitre sur l’usage du quartzite avant le Nouvel Empire, est consacrée à l’examen des œuvres du corpus replacées dans leur contexte : il permet de mettre en évidence l’essor de ce matériau au cours de la XVIIIe dynastie, avec une utilisation majeure sous les règnes d’Amenhotep III et d’Akhénaton, fortement marqués par les conceptions solaires, et un nouveau regain sous Séthi Ier, notamment à Héliopolis, et sous Ramsès II qui a cherché à imiter son prédécesseur Amenhotep III. La symbolique solaire du quartzite, due à sa couleur rouge et à l’origine mythique du Gebel el-Ahmar, explique en grande partie son emploi dans les monuments royaux et divins et en fait une pierre de prestige, presque exclusivement réservée à l’élite. Les résultats d’analyses scientifiques menées sur des objets en quartzite du musée du Louvre sont annexés au travail. / Based on a large corpus of works made of quartzite, centred on statuary but also taking into account other types of monuments, the present study is a review of this hard stone use by the ancient Egyptians during New Kingdom, mainly 18th and 19th dynasties. Quartzite or silicified sandstone was extracted from Gebel el-Ahmar quarries in the North and from Aswan quarries in the South. Having mentioned the geologic characteristics of quartzite and its name in the ancient Egyptian texts, the study deals with the work in the quarries (organization and technical aspects like extraction technologies, tools, rough or unfinished pieces found in situ) and the transport of the stone from the quarry to the workshop. The second part of the research, introduced by a chapter on quartzite use before New Kingdom, is dedicated to the monuments of the catalogue put in their context : their examination reveals the significant development of this material during the 18th dynasty, with a peak under the reigns of Amenhotep III and Akhenaton, heavily influenced by solar beliefs, and a revival under Seti Ist (especially in Heliopolis) and Ramesses II, who wanted to emulate his predecessor Amenhotep III. The use of quartzite in royal and divine monuments might be explained by its solar symbolism, due to the red colour of the stone and the mythical origin of the Gebel el-Ahmar : it is the reason why this high-value stone is almost exclusively reserved for the Egyptian elite. An appendix containing the results from scientific analysis conducted on some quartzite objects kept in the Louvre Museum completes the study.

Parmi les îles de l’Indianocéanie, La Réunion présente une topographie complexe soumise à un climat tropical fortement variable. Sa localisation dans le sud-ouest de l’océan Indien lui octroie un potentiel solaire important. Concomitamment, son isolement géographique dirige le territoire vers l’autonomie énergétique, par la meilleure intégration des énergies renouvelables dans son mix énergétique. Le verrou de l’exploitation du gisement solaire local réside dans la forte intermittence de cette ressource qui est grandement tributaire de la couverture nuageuse. Ainsi, il est de première nécessité d’approfondir les connaissances du potentiel solaire local, autant en ce qui concerne sa variabilité temporelle que sa répartition spatiale. Les travaux de recherches ici menés s’axent autour de cet approfondissement nécessaire du gisement solaire local. La mesure in situ du rayonnement solaire global n’est pas équitablement répartie sur le département et ne permet donc pas d’établir une cartographie aussi équilibrée que celle offerte par les résolutions de l’imagerie satellitaire. Dans le cadre des travaux de recherches, nous exploitons le produit satellitaire SARAH-E (Solar surfAce RAdiation Heliosat – East) prodigué par le SAF Climat (CM SAF) d’Eumetsat. Les résolutions spatiales et temporelles de SARAH-E permettent d’étudier l’irradiance à la surface de La Réunion sur un total de 89 pixels et de 16 ans de données horaires (0,05°×0.05°, 1999-2015, excluant 2006). Grâce à ces données, nous articulons l’approfondissement de la connaissance du gisement solaire autour de deux méthodologies complémentaires. Dans une première étude, une cartographie du potentiel solaire moyen est établie en combinant ses deux composantes orbitales, soit : les cycles diurne et saisonnier. La complémentarité de cette considération nous permet d’extraire des zones cohérentes tant au niveau spatial que temporel, à l’image de la dynamique atmosphérique locale. En seconde partie, il sera ensuite question de quantifier et qualifier les perturbations possibles pouvant moduler le potentiel solaire moyen dans la journée. Cinq journées-types sont retenues et caractérisées selon leurs structures spatiales et temporalité associée. Par la suite, nous proposons un premier lien entre les perturbations solaires locales et certains processus atmosphériques de plus large échelle. Ainsi, nous estimons des modulations relatives selon l’oscillation de Madden-Julian, les talwegs tropicaux-tempérés et les cyclones. Finalement, nous décomposons la ressource solaire réunionnaise en (1) un potentiel moyen cyclique, selon une combinaison de la variabilité saisonnière à l’évolution diurne, et (2) des perturbations journalières types, présentant des liens avec les dynamiques atmosphériques à plus large échelle. / In the South-West Indian Ocean, La Réunion Island is located in a strong solar potential. However, its complex topography and tropical climate are obstacles to the best exploitation of renewable energies. Thus, the knowledge of the local solar potential has to be deepen, both on its temporal and spatial variabilities. The research here focuses on this deepening of the local solar deposit. Thus, the use of SARAH-E satellite product (Solar surfAce RAdiation Heliosat - East) allows us to study the irradiance of Reunion Island on 89 pixels and 16 years of hourly data. In a first study, the mean solar potential is mapped by combining its two orbital components: the diurnal and seasonal cycles. Their complementarity permits the extraction of coherent zones with the local atmospheric dynamic. In the second part, the daily perturbations modulating the mean solar potential are detailed in five typical days with specific spatial structures and temporality. We then propose a first link between local solar perturbations and the larger-scale atmospheric processes, namely the Madden-Julian oscillation, the Tropical-Temperate Troughs and Tropical Cyclones. Finally, La Réunion island solar resource is decomposed into (1) an mean cyclic potential, combining seasonal and diurnal evolutions, and (2) typical daily perturbations, with links to larger-scale atmospheric dynamics.

Ce travail de thèse porte sur l’étude et le développement de matériaux adaptés pour la conversion et le stockage thermochimique de l’énergie solaire concentrée à haute température (400-1200°C), en utilisant des réactions solide-gaz réversibles. Ce type de stockage peut être associé aux centrales solaires thermodynamiques pour la génération d’électricité. Une étude bibliographique a permis d’identifier et de sélectionner les matériaux les plus adaptés possédant une densité d’énergie élevée pour le stockage thermochimique, suivant les critères de domaine de température et de non-toxicité requis. Les matériaux sélectionnés sont des oxydes métalliques (de Fe, Mn, Co, Cu), ainsi que des carbonates et des hydroxydes (de Ca, Sr, Ba). Les travaux ont porté ensuite sur les équilibres thermodynamiques des systèmes afin de prévoir les températures de transition et capacités de stockage théoriques. Une étude expérimentale a également été effectuée avec pour objectifs de déterminer précisément les niveaux de température, capacités de stockage en oxygène et enthalpies pour chaque réaction, et de démontrer leur réversibilité complète sur plusieurs cycles successifs. Des oxydes métalliques mixtes (systèmes binaires de Co-Cu, Co-Fe, Mn-Fe, Mn-Co, Mn-Cu) et des pérovskites substituées sur sites A et B ont été développés afin d’optimiser les propriétés redox des matériaux pour le stockage thermochimique. Concernant les carbonates et les hydroxydes de Ca, Sr, Ba, l’addition d’un agent stabilisant (MgO) a permis d’améliorer la stabilité des matériaux et la réversibilité des réactions au cours des cycles. Enfin, un nouveau réacteur thermochimique solaire, permettant la conversion en continu de particules réactives solides, a été validé expérimentalement et optimisé dans le cas de la décomposition de CaCO3 pour le stockage de l’énergie solaire. / This PhD thesis deals with the study and development of suitable materials for thermochemical conversion and storage of concentrated solar energy at high temperature (400-1200°C), by using reversible solid-gas reactions. This type of storage can be associated with solar thermal power plants. A bibliographic survey was performed to identify and select the most promising materials with a high energy storage density for thermochemical storage, based on different required criteria. The selected materials are metal oxides (of Fe, Mn, Co, Cu), carbonates and hydroxides (of Ca, Sr, Ba). The work then focused on the thermodynamic equilibria to determine the theoretical transition temperatures and energy storage capacities of the selected materials. An experimental study was carried out in order to determine the reaction temperatures, oxygen storage capacities and enthalpies for each reaction, and to demonstrate their complete reversibility upon cycling. Mixed metal oxides (binary systems of Mn-Fe, Co-Fe, Co-Cu, Mn-Cu, Mn-Co) and A- and B-site substituted perovskites were developed to optimize their thermochemical energy storage properties. Regarding carbonates and hydroxides of Ca, Sr, Ba, the addition of a stabilizing agent (MgO) allowed improving the materials cycling stability and reactions reversibility during successive cycles. Finally, a novel lab-scale solar reactor was experimentally tested in order to investigate the continuous decomposition of CaCO3 particles for thermochemical solar energy storage application.

Ce travail rapporte l'élaboration par voies humides (sol-gel, précipitation) et sèche (mécanosynthèse) de photocatalyseurs originaux à l’état de poudre pure ou supportées sur des fibres de palygorskite (Pal), composant d’une argile brute naturelle d’origine marocaine. TiO2 seul, non dopé ou dopé au soufre, et couplé avec CuO fut utilisé comme composant actif principal. Ag2CO3 fut également étudié comme composant alternatif en raison de sa forte activité dans le domaine du visible. Ces photocatalyseurs furent testés pour la dégradation de polluants modèles anionique (orange G, OG) et cationique (rouge neutre, RN) en milieux aqueux, sous irradiation artificielle UV, Visible et Solaire, ainsi que sous ensoleillement naturel extérieur. Les caractérisations multi-échelles effectuées sur les différents photocatalyseurs développés ont essentiellement démontré : - L’immobilisation par sol-gel de nanoparticules (NPs) de TiO2 et CuO sur Pal avec formation d’hétérojonctions entre ces oxydes, produisant une activité photocatalytique sous UV avérée mais toutefois trop limitée ; - La formation par précipitation de nanocomposites à base de NPs Ag2CO3 déposées sur les fibres de Pal. Selon la durée de maintien des réactifs en digestion et un protocole de cycles thermiques couplés à du vieillissement sous atmosphère de CO2, il a été possible d’obtenir Ag2CO3 sous sa forme structurale métastable hexagonale (H) et stable monoclinique (m), ou de contrôler la proportion des 2 phases dans les composites Ag2CO3/Pal. Ces nouveaux photocatalyseurs sont actifs dans le visible et les nanocomposites biphasés H+m se sont avérés plus actifs que les monophasés. - L’élaboration par mécanosynthèse de TiO2 anatase supporté sur Pal et de TiO2 principalement anatase en coexistence remarquable avec une phase monoclinique métastable B dans le cas du dopage au soufre. TiO2-S est très actif dans le visible tandis que TiO2-Pal manifeste une activité sous UV en présentant l’avantage de pouvoir exploiter les propriétés de l’argile pour développer une multifonctionnalité (photocatalyse-adsorption). Ces photocatalyseurs sont actifs sous forme de poudres dispersés et de revêtements sous irradiation solaire. La cinétique de dégradation du polluant modèle a pu être modélisée. / This work reports the development of different photocatalysts using either wet route (sol-gel and precipitation methods) or dry route (mecanosynthesis followed by annealing). The photocatalysts are TiO2 (pure or doped with sulfur) nanoparticles (NPs), TiO2 coupled with CuO and Ag2CO3 supported on natural fibrous clay from Morocco called palygorskite (Pal). The degradation of model anionic dyes (orange G, OG) and cationic dyes (neutral red, NR) in aqueous solution were investigated under artificial radiation (UV and visible) and natural sunlight. The multi-scale chemical and structural characterization and the properties investigated on the different photocatalysts showed the following results: -Immobilization of both TiO2 and CuO NPs on palygorskite by sol-gel method. Despite the heterojunctions between these functional oxides the photocatalysts exhibit a limited activity under UV irradiation. - Elaboration of nanocomposites made of Ag2CO3 NPs deposited on Pal fibers using the precipitation method. Depending on the time of reactant digestion, the number of thermal cycles and the aging for several months, Ag2CO3 adopts remarkably, in these nanocomposites, the exclusive forms of metastable hexagonal structure (H), or the stable monoclinic one (m) or a mixture of both phases with different proportions depending on the mass ratio of Ag2CO3/Pal. All Ag2CO3-Pal nanocomposites are active in the visible range for the elimination of OG. The nanocomposites in the biphasic form H + m are more active than single phases samples either in the form H or m. - Preparation of anatase TiO2 supported on Pal and TiO2 as a mixture of mainly TiO2 anatase and a minority of a remarkable monoclinic phase B by a mechanical alloying method. The NPs surfaces of these photocatalysts are acidified by grafting the sulfate groups (SO42-) and the anionic network is lightly doped with substituting O2- by S2-. These specific characteristics have made TiO2-S very active in the visible for the degradation of OG, while TiO2-Pal composite exhibits an activity under UV. Both types of photocatalysts in the form of powders dispersed in the OG solutions have proved to be active under sunlight and as well in the form of coating. TiO2-Pal has showed allows the adsorption of cationic entities RN facilitating their subsequent photodegradation.

La durabilité des miroirs solaires est un point clé pour le développement des centrales solaires à concentration, du fait de l’investissement important, des 30 ans d’opération visés et des zones d’implantations aux climats agressifs. Ces travaux de recherche portent ainsi sur l’étude des modes de dégradation et de la durabilité de miroirs solaires en verre monolithiques ou laminés. Cette thèse a permis d’appliquer avec succès au CSP une méthodologie de prédiction de la durée de vie développée dans des domaines plus matures. Les corrélations entre les vieillissements accélérés et les expositions extérieures réalisées sur trois sites ont mis en avant le rôle prédominant de l’eau et de l’irradiance dans la dégradation des peintures de protection des miroirs monolithiques. Les essais en chaleur humide ont quant à eux été jugés trop agressifs pour les miroirs, considérant de plus les conditions climatiques des sites d’application potentiels. Les résultats expérimentaux des essais de vieillissements accélérés ont conduit à la détermination des paramètres cinétiques des miroirs inclus dans les relations mathématiques modélisant les principaux facteurs de stress identifiés précédemment. Les facteurs d’accélération ont ainsi été calculés pour des essais standards par rapport à des sites comportant des centrales CSP opérationnelles. Ce travail a permis au final d’estimer des durées de vie des miroirs sur les sites choisis, en considérant que seuls les facteurs de stress étudiés intervenaient dans la dégradation. / Durability of solar mirrors is a key point for the development of concentrating solar power plants, because of the large investment, the goal of 30 years lifetime and of the implantations areas with hostile climates. This research work concerns the study of degradation modes and of monolithic or laminated glass solar mirrors durability. This thesis allows to successfully apply to CSP a lifetime prediction method already developed in more mature fields. Correlations between accelerated ageing tests and natural outdoor exposures performed on three sites evidence the predominant role of water and irradiance in protection paints of monolithic mirrors degradation. Damp heat tests were evaluated too aggressive for mirrors, considering thus the climatic conditions of potential application sites. Experimental results of accelerated ageing tests lead to the determination of kinetic parameters included in mathematical relationships modelling the main stress factors previously identified. Acceleration factors were then calculated for standard tests compared to sites with operational CSP plants. This work finally allows to estimate lifetimes of mirrors on specific sites, assuming that only the studied stress factors take part in degradation.

Pour encourager les actions en faveur des énergies renouvelables, le gouvernement algérien a lancé en 2011 « le programme de développement des énergies renouvelables et d’efficacité énergétique » qualifié d’ambitieux. Pour décoder les enjeux de cette politique publique énergétique, surtout en matière de réception, nous avons mobilisé l’approche de « gouvernance publique » ainsi que « la théorie des parties prenantes ». La réception de cette politique « polities » en termes de projets se traduit par deux dimensions. La première dimension nous a conduit à construire une typologie des projets déployés. La deuxième nous a permis de construire une typologie des stratégies d’influence. Ces stratégies ont été mobilisées à l’occasion de l’appropriation de cette politique publique dans les grands projets et les petits projets. Il s’agirait de les caractériser dans l’hypothèse qu’elles seraient de nature très différente entre les deux types de projets observés.Nous avons constaté que les grandes entreprises, au niveau local, utilisent un certain nombre de stratégies similaires mais limitées. En revanche les petites entreprises locales combinent plusieurs stratégies d’influence démontrant une forme de créativité stratégique. / To encourage actions in favour of renewable energies, in 2011, the Algerian government launched "program to develop renewable energies and promote energy efficiency”, which described it as ambitious. To decode the stakes of this energetic public policy, especially in terms of polity, we have mobilized the “public governance” approach as well as “stakeholdertheory”. The reception of this “policy” in terms of projects is reflected in two dimensions. The first dimension led us to construct a typology of the projects deployed. The second dimension allowed us to construct a typology of the influence strategies implemented when this public policy was appropriated in large and small projects. They would have to be characterized with the assumption that they would be of a very different nature between the two types of projects observed. We found that large companies, at the local level, use rather similarly limited strategies. On the other hand, small local companies combine several influencing strategies that demonstrate a form of strategic creativity.

Nous étudions la possibilité de réaliser des cellules à base de diséléniure de cuivre, indium et gallium (CIGSe) à absorbeur ultra-mince, en réduisant l’épaisseur de la couche de CIGSe de 2500 nm jusqu’à 100 nm, tout en conservant un haut rendement de conversion.Grâce à l’utilisation d’outils de simulation numérique, nous étudions l’influence de la réduction d’épaisseur de l’absorbeur sur les paramètres photovoltaïques de la cellule. Une importante dégradation du rendement est observée, principalement attribuée à une réduction de la fraction de lumière absorbée par le CIGSe ainsi qu’à une collecte des porteurs de charge réduite dans les dispositifs ultraminces. Des solutions permettant de surmonter ces problèmes sont proposées et leur influence potentielle est numériquement simulée ; nous démontrons qu’une ingénierie de face avant (couche tampon alternative, couche anti-réfléchissante…) et de face arrière (contact arrière réfléchissant, diffusion de la lumière) sur une cellule CIGSe à absorbeur ultramince permet de potentiellement améliorer le rendement de la cellule solaire au niveau de celui d’une cellule à absorbeur référence (2.5 μm).Grâce à l’utilisation de techniques de gravure chimique sur des échantillons standards de CIGSe épais, nous réalisons des cellules solaires avec différentes épaisseurs d’absorbeurs, et nous étudions l’influence de l’épaisseur du CIGSe sur les paramètres photovoltaïques des cellules. Le comportement similaire aux simulations numériques.Une ingénierie du contact avant sur des cellules CIGSe à différentes épaisseurs est réalisée pour spécifiquement améliorer l’absorption dans la couche de CIGSe. Nous étudions l’influence d’une couche tampon alternative de ZnS, de la texturation de la fenêtre avant de ZnO:Al, et d’une couche anti-reflet sur la cellule solaire. D’importantes améliorations sont observées quelque soit l’épaisseur de la couche de CIGSe, ce qui permet d’obtenir des rendements de conversions supérieurs à ceux obtenus dans la configuration standard des dispositifs.Une ingénierie du contact arrière à basse température est également réalisée avec l’utilisation d’un procédé novateur combinant la gravure chimique du CIGSe avec un « lift-off » mécanique de la couche de CIGSe afin de la séparer du substrat de Molybdène. De nouveaux matériaux fortement réflecteur de lumière et précédemment incompatible avec le procédé de croissance du CIGSe sont utilisés comme contact arrière pour des cellules CIGSe ultra-minces. Une étude comparative en fonction de l’épaisseur de CIGSe entre des cellules avec contact arrière réfléchissant en Or (Au) et cellules solaires avec contact arrière standard Mo est effectuée. Le contact Au permet d’augmenter significativement le rendement de conversion des cellules solaires à absorbeur sub-microniques comparé au contact standard Mo avec un rendement de conversion supérieur à 10% obtenu sur une cellule CIGSe de 400 nm (comparé à 7.9% avec Mo).Afin de réduire encore plus l’épaisseur de la couche de CIGSe, jusque 100-200 nm, les modèles numériques montrent qu’il est nécessaire d’utiliser un réflecteur lambertien sur la face arrière de la cellule afin de maximiser l’absorption de la lumière. Un dispositif preuve de concept expérimental est réalisé avec une épaisseur de CIGSe de 200 nm et un réflecteur arrière lambertien, et ce dispositif est caractérisé par spectroscopie de transmission/réflexion. La réponse spectrale est déterminée en combinant des valeurs issues de simulation numérique et la mesure expérimental de l’absorption du dispositif. Nous calculons un courant de court circuit de 26 mA.cm-2 pour ce dispositif avec réflecteur lambertien, bien supérieur à ce qui est calculé pour la même structure sans réflecteur (15 mA.cm-2), et comparable au courant mesuré sur une cellule de référence de 2500 nm (28 mA.cm-2). L’utilisation de réflecteur lambertien pour des cellules CIGSe ultraminces est donc particulièrement adaptée pour maintenir de hauts rendements. / In this thesis, we investigate on the possibility to realize ultrathin absorber Copper Indium Gallium Di-Selenide (CIGSe) solar cells, by reducing the CIGSe thickness from 2500 nm down to 100 nm, while conserving a high conversion efficiency.Using numerical modeling, we first study the evolution of the photovoltaic parameters when reducing the absorber thickness. A strong decrease of the efficiency of the solar cell is observed, mainly related to a reduced light absorption and carrier collection for thin and ultrathin CIGSe solar cells. Solutions to overcome these problems are proposed and the potential improvements are modeled; we show that front side (buffer layer, antireflection coating) and back side (reflective back contact, light scattering) engineering of an ultrathin device can potentially increase the conversion efficiency up to the level of a standard thick CIGSe solar cell.By using chemical bromine etching on a standard thick CIGSe layer, we realize solar cells with different absorber thicknesses and experimentally study the influence of the absorber thickness on the photovoltaic parameters of the devices. Experiments show a similar trends to that observed in numerical modeling.Front contact engineering on thin CIGSe solar cell is realized to increase the specific absorption in CIGSe, including alternative ZnS buffer, front ZnO:Al window texturation and anti-reflection coating. Substantial improvements are observed whatever the CIGSe thickness, with efficiencies higher that the default configuration.A back contact engineering at low temperature is realized by using an innovative approach combining chemical etching of the CIGSe and mechanical lift-off of the CIGSe from the original Molybdenum (Mo) substrate. New highly reflective materials previously incompatible with the standard solar cell process are used as back contact for thin and ultrathin CIGSe solar cells, and a comparative study between standard Mo back contact and alternative reflective Au back contact solar cells is performed. The Au back reflector significantly enhance the efficiency of solar cell with sub-micrometer absorbers compared to the standard Mo back reflector; an efficiency higher than 10 % on a 400 nm CIGSe is obtained with Au back contact (7.9% with standard Mo back contact). For further reduction of the absorber thickness down to 100-200 nm, numerical modeling show that a lambertian back reflector is needed to fully absorb the incident light in the CIGSe. An experimental proof of concept device with a CIGSe thickness of 200 nm and a lambertian back reflector is realized and characterized by reflection/transmission spectroscopy, and the experimental spectral response is determined by combining simulation and experimentally measured absorption. A short circuit current of 26 mA.cm-2 is determined with the lambertian back reflector, which is much higher than what is obtained for the same device with no reflector (15 mA.cm-2), and comparable to the short circuit current measured on a reference 2500 nm thick CIGSe solar cell (28 mA.cm-2). Lambertian back reflectors are therefore found to be the most effective way to enhance the efficiency of an ultrathin CIGSe solar cell up to the level of a reference thick CIGSe solar cell.

À ce jour, l’humanité est confrontée simultanément à une crise énergétique et environnementale due principalement à deux facteurs: la croissance démographique et la dépendance aux combustibles fossiles. C'est pourquoi l'urgence d'utiliser des sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire est une, solution potentielle. A ce titre, la production d'H2 décarboné par dissociation solaire de l'eau est une voie prometteuse. Néanmoins, pour atteindre l'objectif mentionné, il faut trouver un système photocatalytique (semi-conducteurs, SCs) idéal, qui nécessite quatre caractéristiques majeures: (1) une bonne capacité d'absorption de la lumière visible (2) des positions adéquates de BV et BC des SCs par rapport aux potentiels d’oxydation de l’eau et de réduction du proton (3) une utilisation efficace des photons absorbés et charges générées et (4) une bonne stabilité dans le temps. À cette fin, cette thèse contribue à la conception et à l’optimisation de trois matériaux innovants: les composites Au/g-C3N4, Au/TiO2 (P25)-gC3N4, et Au/TiO2 (NTs)-gC3N4 dont l’activité photocatalytique a été corrélé avec les propriétés physico-chimiques pour comprendre leurs performances photocatalytiques de production d'H2 sous irradiation solaire et visible. De manière annexe, certains de ces matériaux se sont également montrés performants pour les conversions du CO. Pour mettre en évidence l'efficacité des composites préparés, des études comparatives ont été testées en utilisant des références commerciales, pertinentes et les mélanges physiques correspondant. / To date, mankind is facing an energy and environmental crisis simultaneously due to mainly two factors: growth population and the dependency on fossil fuels. For this reason, the urgency of using renewables sources, e.g., solar energy, is a potential solution. For example, non-carbon based H2 production from solar light driven water photodissociation is a promising approach. Nevertheless, to target the mentioned objective, an ideal photocatalytic system (semiconductors, SCs) has to meet four main features: (1) capacity of absorption of visible-light (2) suitable VB and CB positions of SCs to undergo the two half reactions of water splitting (3) efficient use of absorbed photons and generated charges and (4) good stability over time. For this purpose, this thesis contributes to the design and optimization of three innovative materials: Au/g-C3N4, Au/TiO2 (P25)-gC3N4, and Au/TiO2 (NTs)-gC3N4 composites. Their photocatalytic activities were correlated with their physico-chemical properties. In addition some of these composites also exhibited interesting CO conversion yields. To highlight the efficiency on the as-prepared composites, comparative studies were tested using commercial, pertinent references, and physical mixtures homologs.

Cette thèse porte sur l’étude de la transformation de polluants organiques à la surface du sol sous l’effet de la lumière. Deux principaux composés organiques ont été utilisés : une molécule modèle, la phénylbenzo-quinone (PhQ) ; et un pesticide de la famille des carbamates, le carbaryl. Nous avons travaillé sur différents supports : trois supports modèles (silice, sable de Fontainebleau et kaolinite) et sur un sol de la région d’Orange. La phototransformation a été réalisée en utilisant un dispositif qui simule le rayonnement solaire (l>300nm). L’étude des propriétés spectroscopiques de PhQ sur support solide a permis de montrer un élargissement de la bande d’absorption et des effets bathochrome et hyperchrome. Lors de l’irradiation, la concentration et l’épaisseur des films se sont avérés être des paramètres importants à considérer afin de tenir compte respectivement l’effet d’écran et le phénomène de diffusion. Une valeur limite de l’épaisseur égale à 100 μm a été déterminée afin de s’affranchir du processus de diffusion. Le mécanisme de transformation de PhQ s’est avéré être identique à celui observé dans l’eau avec la formation d’un unique produit, la 2-hydroxydibenzofuranne, et la mise en évidence de l’état excité triplet de PhQ. La présence d’eau influence la phototransformation du composé en augmentant la vitesse de transformation. Ceci s’explique par une modification des propriétés d’absorption du support humide qui favorise la pénétration de la lumière. Suite à cette première étude, un travail plus complexe a été entrepris sur la photodégradation du carbaryl à la surface de supports modèles. Le coefficient d’absorption molaire sur la kaolinite et le rendement quantique de transformation ont pu être déterminés pour le carbaryl et d’autres composés organiques. Ceci nous a permis de confirmer l’effet bathochrome, l’effet hyperchrome, ainsi que l’augmentation du rendement quantique : augmentation d’un facteur 10 pour le carbaryl. Les études cinétiques ont montré que la dégradation du carbaryl est effective sur tous les supports. A l’aide des propriétés physico-chimiques des supports, nous avons pu émettre l’hypothèse que la taille des particules contrôle la photodégradation. Celle-ci est plus efficace avec des particules de grande taille, du fait de la meilleure pénétration des photons. Enfin à l’aide d’une étude analytique poussée et de la mise en évidence de la formation de HO• et 1O2, nous avons proposé un mécanisme de photodégradation impliquant des réactions de PhotoFries, de photohydrolyse, de dimérisation et d’hydroxylation. Dans la deuxième partie des travaux sur le sol réel, un protocole original a été mis en oeuvre. Il consiste en un fractionnement préalable du sol suivi d’un traitement chimique afin d’atténuer l’impact de la matière organique. Il a été montré que la dégradation sur le sol et ses fractions est efficace et que la matière organique a un effet bénéfique, à faible concentration, et inhibiteur, à forte concentration, sur la transformation du carbaryl. De plus, le fractionnement a révélé que la photodégradation est d’autant plus importante que les fractions sont constituées de particules de grande taille. Enfin, la formation d’espèces réactives (HO• et 1O2) a été observée systématiquement et plus efficacement pour les fractions sans matière organique suggérant des processus de transformation attribuables à la partie minérale des supports. / This study focuses on the transformation of organic pollutants on soil surface under the influence of the light excitation. Two main organic compounds were used as model molecules, phenylbenzoquinone (PhQ) and a carbamate pesticide, carbaryl. We used several supports : three model supports (silica, sand of Fontainebleau and kaolinite) and a real soil of the region of Orange (France). The phototransformation was carried out using a device that simulates the solar radiation (l > 300 nm). The study of the spectroscopic features of PhQ on solid support shows a broad band of absorption that presents bathochromic and hyperchromic effects. During irradiation, the concentration and the thickness of film were found to be important parameters to be considered in order to avoid the screen as well as diffusion effect. The optimal value of the thickness was determined roughly to 100 μm in order to minimise the diffusion effect. The mechanism of transformation of PhQ is similar to that observed in aqueous solution with the formation of the unique photoproduct 2-hydroxybenzofuran. The process involves the triplet excited state of PhQ. After this work, the first studies are on the phototransformation of carbaryl and other pesticides on model supports. Furthermore, the molar absorption coefficient and quantum yield have been determined in order to confirm the bathochromic and hyperchromic effect and also the increase of the quantum yield (10 times for carbaryl). The degradation process was most effective when the particle size increases. Moreover, from the analytical studies the photodegradation mechanism was suggested involving several reactions such as photofries, photohydrolyse, dimerisation and hydroxylation. The second part of the present work was dedicated to the study on real soil. An original protocol had to be set up. It consisted on a prefractionation of soil followed by a chemical treatment to minimise the impact of organic matter. Concerning the phototransformation of carbaryl, it was shown that the degradation at the surface of soil and its fractions is effective and that the organic matter has a beneficial effect at low concentrations and inhibition effect at high concentrations. Furthermore, fractionation revealed that photodegradation is more important when the fractions are composed of large particles. Finally, the formation of reactive species (HO• and 1O2) was observed consistently and efficiently for fractions without organic matter suggesting transformation processes induced by the mineral part of the supports.