Un nouveau procédé de trigénération thermo-hydraulique fonctionnant à partir d'énergie thermique basse température (80 à 110 °C) a été étudié pour assurer les différents besoins du secteur résidentiel. Le terme "thermo-hydraulique" se réfère à l'utilisation d'un liquide incompressible qui permet de transférer le travail hydrauliquement entre différents composants ou sous-systèmes, permettant d'améliorer l'efficacité de la chaine de conversion énergétique. Un modèle quasi-statique a été développé pour évaluer les performances énergétiques des différentes variantes du procédé. Ces calculs ont permis de définir parmi un large choix, quels fluides de travail étaient les plus appropriés. Ces calculs ont été complétés par une étude quasi-dynamique et dynamique permettant un meilleur dimensionnement du procédé. Enfin, une étude de fonctionnement annuel a été réalisée à partir du modèle quasi-statique pour évaluer l'évolution des performances ainsi que sa production d'énergie sur une année complète de fonctionnement. Ces études montrent que le couple fluide R1234yf/R1233zd semble le plus approprié à un fonctionnement en climat méditerranéen. L'étude annuelle montre qu'en considérant les données climatiques de la ville de Perpignan, le procédé permet d'amplifier l'énergie solaire collectée d'un facteur de 1,32 en moyenne et permet d'atteindre un COP solaire de 0,24 en mode rafraichissement. Quand les besoins thermiques sont satisfaits, l'intégralité de l'énergie solaire captée est valorisée pour produire de l'électricité avec un rendement moyen annuel de 4,2%. / A new process based on thermal-hydraulic conversion actuated by low-grade thermal energy (80–110 °C) is investigated and aims at providing trigeneration energy features for the residential sector. "Thermo-hydraulic" term refers to a process involving an incompressible fluid used as an intermediate medium to transfer work hydraulically between different thermal operated components or sub-systems allowing to improve the efficiency of the energy conversion chain. A model, assuming steady-state operations, is developed to assess the energy performances of different variants of this thermo-hydraulic process as well as various pairs of working fluids. These calculations were completed by a quasi-dynamic and dynamic models allowing a better sizing of the process. Finally, an annual study was realized from the quasi-static model in order to estimate the evolution of the performances as well as its power production over a complete year of functioning. For instance, in the frame of a single-family home, located in the Mediterranean region, the working fluid pair (R1234yf/R1233zd) is investigated in detail in order to estimate the annual performances. For domestic houses, the process aims at amplifying the solar energy collected by a factor of 1.32 for heating purpose, provides a cold production with a solar COP of 0.24 and generates electricity from the remaining solar energy with an efficiency of 4.2%.

La double fonction absorption-photodégradation des composites CA-TiO2 vis-à-vis des polluants biorécalcitrants est une alternative prometteuse pour le traitement de l’eau par voie solaire. Dans ce travail, des composites CA-TiO2 sont élaborés suivants trois méthodes simples basées sur l’utilisation des biomasses trouvées dans la sous région ensoleillée de l’Afrique subsaharienne. Les charbons actifs (CA) obtenus après pyrolyse des biomasses développent une structure poreuse qui se modifie ensuite en fonction de la voie de fixation des nanoparticules TiO2 (NPs-TiO2) pour l’obtention des composites. Parmi les trois vois de fixation du TiO2, l’imprégnation du CA avec le sol de NPs-TiO2 préformées conduit à des matériaux (CAT.SX) avec du TiO2 déposé de façon homogène à la « surface externe » du CA. Cette microtexture permet un meilleur couplage des propriétés adsorption-photodégradation, favorables aux performances de dépollution évaluées à l’échelle de laboratoire sur des solutions de phénol à 100 mg.L-1. Le réseau pores/surface spécifique est moins développé sur les composites obtenus par fixation in situ des NPs-TiO2 sur du CA imprégné de gel de TiO2 (CAT.GX), ou par pyrolyse directe de biomasse pré-imprégnée de NPs-TiO2 (CAT.SBX) ; ce qui explique les performances de dépollution moins élevées enregistrées pour ces deux dernières familles de catalyseurs. Les cinétiques d’élimination du polluant obtenues après plusieurs cycles successifs d’utilisation des catalyseurs CAT.SX ont été correctement simulées avec un modèle dont le formalisme tient compte de la double fonctionnalité des catalyseurs. Ce modèle permet d’envisager le dimensionnement d’installations solaires en condition réelle d’utilisation de ces nouveaux catalyseurs en zones fortement ensoleillée / Adsorption/photodegradation dual property of AC-TiO2 composites materials towards biorefractory pollutants is a promising issue for solar water treatment. In this work, AC-TiO2 hybrid materials have been synthesized through 03 novel routes based on the conversion of typical biomasses, abundantly found in the subsaharian African sunny areas. Biomasses pyrolysis derived activated carbon (AC) developed a porous structure which is modified differently according to the method used to fix TiO2 nanoparticules (TiO2-NPs). AC impregnated with a sol containing TiO2-NPs suspension provides the derived composite material (CAT.SX) with TiO2-NPs regularly deposited at the “external surface”, leading to a good coupling of adsorption/photodegradation activities towards phenol elimination in 100 mg.L-1 polluted water, carried out on lab scale experiments. Pore/surface area network is less developed on composites obtained after in situ fixation of TiO2-NPs on TiO2 gel impregnated AC (CAT.GX), or obtained after direct pyrolysis of TiO2-NPs impregnated biomass (CAT.SBX) – which infers lesser decontamination performances for these two latter families of catalysts. Pollutant elimination kinetics curves depicted after recycling of CAT.SX over several running water treatment was simulated with a suitable mathematical model which takes into consideration the dual functionalities of the elaborated material. The established model is a promising attempt for future dimensioning of real solar water treatment plants, operating in sunny areas with the new composite catalysts.

Les petits corps du système solaire riches en volatiles incluent plusieurs populations d’objets : les astéroïdes de la ceinture principale, les astéroïdes troyens des planètes géantes, les objets trans-neptuniens (OTNs) et les comètes. Au cours de ces dernières années, l'’idée que leur position actuelle résulte de migrations orbitales plutôt qu’elle ne reflète leur région de formation a progressivement émergée. Spécifiquement, certains astéroïdes pourraient être des comètes, et certaines comètes pourraient être des OTNs. Je présente ici les travaux réalisés au cours de ma thèse pour contraindre la composition (minéralogie de surface et structure interne) de ces différentes populations afin i) de déterminer les liens qui les unissent, ii) comprendre leurs migrations passées et donc, iii) apporter de nouvelles contraintes aux modèles dynamiques décrivant la formation et l’évolution de notre système solaire. À cet effet, j’ai principalement utilisé comme méthode d’analyse l’observation spectroscopique, ainsi que la modélisation des données obtenues et leur comparaison aux données spectrales de météorites et poussières cosmiques étudiées en laboratoire. / The icy small bodies of our solar system encompass several populations of objects : the main belt asteroids, the giant planets Trojans, the Trans-Neptunian Objects (TNOs) and the comets. During recent years, the idea that their present location is the result of orbital migrations rather than their true formation location has progressively emerged. Specifically, some asteroids could be comets, and some comets could be TNOs. Here, I present the studies carried out along my PhD aiming to constrain the physical properties of all these populations in order ultimately i) to determine the link between these populations, ii) bring key constraints to their past orbital evolution and thus iii) key constraints to the formation and evolution models for our Solar System. For that purpose, I have used spectroscopy as a main tool, as well as data modelling using a radiative transfert code and comparison of our astronomical data to laboratory measurements of meteorites and cosmic dust.

Garantir le confort thermique des bâtiments est directement lié à la consommation d'énergie. Dans les zones tropicales, les systèmes de refroidissement représentent l'un des postes les plus gourmands en énergie. Afin de réduire la consommation d'énergie mondiale, il est primordial d'améliorer l'efficacité de ces systèmes ou bien de développer de nouvelles méthodes de production de froid. Une installation de refroidissement solaire basé sur le cycle à absorption est une alternative pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d'électricité. Contrairement aux systèmes classiques de refroidissement à compression mécanique, la production de froid par absorption est un système complexe composé de plusieurs composants comme des panneaux solaires, un ballon de stockage, une tour de refroidissement et une machine à absorption. Outre le dimensionnement des composants, ce système complexe nécessite des actions de contrôle pour être efficace parce que la coordination entre le stockage d'eau chaude, la production et la consommation du froid est nécessaire. Le but de cette thèse est de proposer une structure producteur-consommateur d'énergie basée sur la commande prédictive (MPC). Le système de refroidissement par absorption solaire est considéré comme faisant partie de ce système de production-consommation d'énergie, le système de stockage d'eau chaude est le producteur et la machine à absorption qui distribue de l'eau froide au bâtiment est l'un des consommateurs. Pour que la structure de commande soit modulaire, la coordination entre les sous-systèmes est réalisée en utilisant une approche de partitionnement où des contrôleurs prédictifs locaux sont conçus pour chacun des sous-systèmes. Les contrôleurs des consommateurs calculent un ensemble de profils de demande d'énergie. Ces profils sont ensuite envoyés au contrôleur du producteur qui sélectionne le profil qui minimise le coût global. Dans une première partie, l'approche proposée est testée sur un modèle linéaire simplifié composé d'un producteur et plusieurs consommateurs. Dans une deuxième partie, un cas plus complexe est étudié. Un modèle simplifié d'un système de refroidissement à absorption est évaluée en utilisant l'outil de simulation TRNSYS. Le modèle de production n'est plus linéaire, il est décrit par un modèle non linéaire hybride qui augmente la complexité du problème d'optimisation. Les résultats des simulations montrent que la sous-optimalité induite par la méthode est faible. De plus, la performance de l'approche atteint les objectifs de commande tout en respectant les contraintes. / To guarantee thermal comfort in buildings is directly related to energy consumption. In tropical climates, cooling systems for buildings represent one of the largest energy consumers. Therefore, as energy consumption is a major concern around the world, it is important to improve the systems efficiency or seeking new methods of cooling production. A solar cooling installation based on the absorption cycle is an alternative to mitigate greenhouse gas emissions and electricity consumption. In contrast to conventional vapor-compression based cooling systems, the absorption cooling production involves a complex system composed of several components as collector panel, storage tank, cooling tower and absorption chiller. Besides the sizing of the components, this complex system requires control actions to be efficient as a coordination between hot water storage, cooling water production and consumption is necessary. The aim of this research is to propose a management approach for a production-consumption energy system based on Model Predictive Control (MPC). The solar absorption cooling system is seen as part of this production-consumption energy system where the hot water storage system is the producer and the chiller-building system is one of the consumers. In order to provide modularity to the control structure, the coordination between the subsystems is achieved by using a partitioning approach where local predictive controllers are developed for each of the subsystems. The consumer controllers compute a set of energy demand profiles sent to the producer controller which selects the profile that better minimize the global optimization cost. In a first part, the proposed approach is tested on a simplified linear model composed of one producer and several consumers. In a second part, a more complex case is studied. A simplified model of an absorption cooling system is evaluated using the simulation tool TRNSYS. The producer model is no longer linear, instead it is described by a nonlinear hybrid model which increases the complexity of the optimization problem. The simulations results show that the suboptimality induced by the method is low and the control strategy fulfills the objectives and constraints while giving good performances.

L’énergie solaire concentrée est utilisée comme source de chaleur dans le but de mener des réactions de pyrolyse de la biomasse. Cela permet d’améliorer l’énergie contenue dans la matière première en stockant l’énergie solaire sous une forme chimique. Grâce à de hautes températures et à des vitesses de chauffe élevées, d’avantage de gaz pyrolytiques, avec un produit calorifique inférieur (PCI) élevé, peuvent être produit par la pyrolyse solaire directe.Les expériences effectuées dans ce travail montrent l’effet des paramètres de la pyrolyse solaire sur les quantités de produits, leur composition et leurs propriétés. Le PCI total des gaz augmente fortement (il est multiplié par 5) lorsque la température augmente (de 600°C à 1200°C), et lorsque la vitesse de chauffe augmente (de 5°C/s à 50°C/s. L’association de la température et de la vitesse de chauffe amplifie leurs effets lorsqu’ils sont tous deux à de hautes valeurs. Le charbon et le goudron collectés ont été analysés et caractérisés. Le facteur d’augmentation énergétique obtenu est d’environ 1.5 quelle que soit la température. Dans un second temps, un modèle non linéaire, en deux dimensions, et utilisant la CFD pour résoudre les bilans de masse et de chaleur, a été développé pour la pyrolyse solaire. Les coefficients stœchiométriques, déterminant la fraction massique du goudron primaire convertie par la réaction en gaz et en goudron secondaire, ont été déterminés à différentes températures et à différentes vitesses de chauffe. Les évolutions des produits finaux et des pertes de masse de la biomasse sont amplifiées par la température et par la vitesse de chauffe. / Concentrated solar energy provides heat to drive biomass pyrolysis reactions, which upgrades the feedstock energy by storing solar energy in chemical forms (bio-gas, bio-oil and bio-char). Thanks to high temperature and fast heating rate, more pyrolytic gas with high lower heating value (LHV) can be produced by direct solar pyrolysis. Experiments have highlighted the effect of solar pyrolysis parameters on products yields, composition and properties. The total gas LHV dramatically increases (5-fold) with increasing temperature (from 600°C to 1200°C) and sample heating rate (from 5°C/s to 50°C/s), which is mainly due to variations in the CO and H2 yields. The interaction between temperature and heating rate enhances at both high ranges. The maximum gas products LHV (14 589 kJ/kg of beech wood) was obtained at 2000°C and 450°C/s heating rate. The collected char and tar were analyzed and characterized, which emphasizes the temperature and heating rate effects. And the energy upgrade factor is determined as about 1.5 independent of temperature. At the same time, a 2D unsteady CFD particle model (simplified assumption using first-order Arrhenius type reactions) with heat and mass transfers was developed for solar pyrolysis. Numerical model predictions are in good agreement with experimental observations. Stoichiometric coefficients about the mass fraction of primary tar converted by the reaction to gas and secondary tar were determined at different temperatures and heating rates for the first time. The evolution of the final products and mass losses of biomass are enhanced with temperature and heating rate increase.

L'ozone joue un rôle primordial sur l'équilibre photochimique de l'atmosphère et participe au processus d'équilibrage radiatif entre les deux hémisphères (Mecke, 1931). Dans la troposphère, l'ozone détermine la capacité oxydante de la majorité des gaz et absorbe continuellement dans la stratosphère les radiations ultraviolettes nocives (McMicheal et al., 2003). D'où l'intérêt de surveiller la variation de la couche d'ozone de façon régulière. Il a été constaté au début des années 80, une diminution inquiétante et progressive de la colonne totale de l'ozone dûe aux émissions anthropiques des substances riches en chlore, brome et fluor. Ce constat a conduit au Protocole de Montréal en 1987 dont l'objectif est de mettre en place une politique internationale visant à réduire les émissions des substances appauvrissant l'ozone. Dix ans après la signature du dit Protocole, la concentration de ces substances commence à diminuer dans l'atmosphère et la prospection d'un recouvrement progressif de la couche d'ozone demeure aujourd'hui un sujet d'actualité (UNEP/PNUE, 2009 ; OMM, 2010 et 2014). Les besoins d'aujourd'hui sont de réaliser des mesures continues et fiables de l'ozone dont leurs exploitation dans des méthodes et/ ou des modèles bien adaptés à la problématique aideront la communauté à suivre l'évolution de l'ozone et d'estimer les tendances à long terme. Dans ce travail, une variété de produits d'ozone issue de différents instruments a été combinée pour construire des bases des données fiables et homogènes afin d'étudier sa variabilité et d'estimer la tendance de l'ozone dans les régions tropicale et subtropicale sud. L'application de ces bases de données sur les ondelettes a permis d'identifier les principaux forçages qui contrôlent la variabilité de l'ozone et la période de retour associée à chaque forçage. Il s'agit des variations saisonnières du climat, les oscillations quasi-biennales, les oscillations australes El-Niño et l'activité solaire dont le cycle moyen est évalué à 11ans. Le comportement et l'influence de chacun de ces paramètres sur la viabilité de l'ozone sont étudiés. Cette étude est faite en s'appuyant sur des méthodes statistiques et sur le modèle Trend-Run. Avec ce modèle, la part de contribution et la réponse de chaque paramètre sur la variabilité de l'ozone sont quantifiées. Les résultats sur les tendances montrent une augmentation de la couche d'ozone avec un taux variant entre 0 et 2.78% par décade (selon la région et le site) sur la période 1998-2012. Cette amélioration est bien observée au-dessus de 22km, surtout aux subtropiques par rapport à la région équatoriale. / Ozone plays an important role on photochemical equilibrium of atmosphere and participate on radiative balance process between hemispheres (Mecke, 1931). In the troposphere, ozone determines the oxidizing capacity of major species and absorbs continuously in the stratosphere the harmful ultraviolet radiation (McMichael et al, 2003). Based on the above facts, it is important to monitor ozone continuously with consistency and accuracy. Global total column ozone (TCO) has depleted gradually since 1980 with an increase of chlorofluorocarbon concentrations in the stratosphere due to anthropogenic activities. In 1987, the Montreal protocol was formulated in order to regulate the emissions of substances that deplete ozone. Concentrations of these substances are observed to decrease ten years after the Montreal protocol. Thus we have been expecting an increase in ozone by now (UNEP/PNUE, 2009; WMO, 2010 and 2014). The current needs are to achieve consistent and reliable measurements in which their exploitation on adapted methods/models can help scientists to follow the ozone evolution and to estimate long term ozone trend. In this work, a variety of ozone products from different instruments was combined in order to create reliable and homogenous dataset to study the ozone variability and trend over the southern tropics and subtropics. The dataset application on wavelets method allowed to identify the dynamic parameters that control ozone variability and their periodicities. These include seasonal variations of climate, the quasi-biennial oscillations, the El-Niño Southern Oscillation and the 11-years solar cycle. The behavior of each parameter and its influence on ozone variability were analysed based on statistical method and the Trend-Run model. The contribution and response of each variable on ozone variability were quantified from the model. The obtained trends results exhibit an increase of total ozone from 1998 to 2012 with a rate varying between 0 and 2.78% par decade (depending of the site and region). The ozone increase was observed mainly above 22 km and it is more important over the subtropical region with respect to equatorial zone.

Cette thèse s’inscrit dans le développement et l’optimisation d’un panel de catalyseurs dopés ou non dopés pour le traitement des eaux usées par un Procédé d’Oxydation Avancée (POA), la photocatalyse hétérogène solaire. Ce procédé de traitement tertiaire pour la dépollution de molécules organiques biorécalcitrantes est limité par l’absorption des catalyseurs dans le domaine de l’UV ne représentant que 5 % du spectre solaire reçu à la surface de la Terre. L’objectif de ce travail est de comparer les efficacités photocatalytiques sous rayonnement UV, visible et solaire dans le but d’améliorer les efficacités dans le domaine de l’UV, de développer un catalyseur exploitant efficacement le rayonnement visible et de définir les paramètres clés régissant les réponses photocatalytiques. Dans cette optique, une étude a été menée sur les catalyseurs de ZnO dopés ou non dopés. L’ensemble des catalyseurs à base de ZnO ont été synthétisé par un seul et même procédé, le sol-gel couplé à un séchage en conditions supercritiques. Les caractérisations structurales, morphologiques, chimiques, optiques et optoélectroniques ont été réalisées en vue de définir leurs paramètres physico-chimiques pour maitriser les conditions de synthèses des catalyseurs. Elles ont également montré que le ZnO dopé décale sa bande d’absorption vers le domaine du visible. Les expérimentations photocatalytiques ont été conduites à l’aide d’un banc de mesure photocatalytique dans le domaine de l’UV, du visible et du solaire. Une attention particulière est portée sur un polluant modèle, le pyriméthanil. En parallèle, ces expérimentations ont été couplées à un modèle cinétique. Les nanoparticules de Zn1-xMxO (M : Ca, Al, Li, V, In, Co, P…) présentent des réponses photocatalytiques prometteuses dans le domaine du visible. Une corrélation a également été mise en évidence entre les propriétés physico-chimiques des catalyseurs et l’efficacité à produire des radicaux. Par ailleurs, une étude plus approfondie a été menée sur le Zn0,90Ca0,10O. Cette étude révèle la présence de défauts structuraux jouant un rôle essentiel sur les réponses photocatalytiques. / This thesis is part of the development and optimization of a doped and undoped panel of catalysts for the treatment of waste water based on an Advanced Oxidation Process (AOP), solar heterogeneous photocatalysis. This tertiary process for bio-recalcitrant organic molecules clean up is limited by the catalysts absorption in the UV range which represent only 5 % of the solar spectrum received on the earth surface. The aim is to compare photocatalytic efficiency under UV, visible and solar irradiation in order to improve efficiency in the UV range, to develop a catalyst which operates effectively under visible irradiation and to define key parameters governing the photocatalytic activities. In this context, a study is performed on doped or undoped ZnO based catalysts. All of ZnO based catalysts are synthesized by the same process, the sol-gel process under supercritical drying conditions. Structural, morphological, chemical, optical and optoelectronical characterizations is carried out to define their physico-chemical parameters in order to control the synthesis conditions of these catalysts. Doped ZnO also showed an absorption edge shift toward the visible range. Photocatalytic experiments are carried out with a photocatalysis optical bench in the UV, visible and solar range. Particular attention is paid on a model pollutant, pyrimethanil. In parallel, these experiments are coupled to a kinetic model. Nanoparticles of Zn1-xMxO (M : Ca, Al, Li, V, In, Co, P…) showed encouraging photocatalytic activities in the visible range. A correlation is showed between the physico-chemical properties of the catalysts and the radicals production efficiency. Furthermore, an extensive study is done on Zn0,90Ca0,10O. This study reveals the presence of structural defects playing a main role on the photocatalytic activities.

L’azote et les gaz rares présents dans les astéroïdes, les comètes et les atmosphères planétaires sont piégés dans de la matière organique et ont des compositions chimiques qui sont différentes de celle du Soleil, représentatif du gaz primordial à partir duquel les différents objets du système solaire se sont formés il y a 4,5 milliards d’années. Au cours de cette thèse, des synthèses de matière carbonée à partir d’un mélange de gaz ont été réalisées dans un plasma appelé le Nébulotron, afin de mieux comprendre les processus à l’origine des compositions de l’azote et des gaz rares présents dans les météorites. Les caractéristiques de la matière organique ainsi que la composition des gaz rares piégés dans les météorites sont relativement bien reproduites dans les expériences, mais pas celle de l’azote. Ces résultats expérimentaux permettent de proposer des mécanismes clé à l’origine des compositions des éléments volatils présents dans les objets du système solaire. / Nitrogen and noble gases present in asteroids, comets or planetary atmospheres are trapped in organic matter and bear a composition that is different from the composition of the Sun, which is representative of the primordial gas from which the different objects in the solar system were formed 4.5 billion years ago. During this thesis, experimental syntheses of organic matter from gas mixtures in a plasma setup called the Nebulotron were performed in order to better understand the processes responsible for this chemical difference between the meteorites and the Sun for nitrogen and noble gases. The characteristics of the organic matter and the signature of the noble gases trapped in meteorites are relatively well reproduced in the experiments, whereas the composition of nitrogen is not. These experimental results give hints about the key mechanisms that are responsible for the variations of the volatile elements composition in the solar system objects.

Ces travaux de thèse sont le fruit d’une collaboration entre le Laboratoire de Métrologie et Dosimétrie des Neutrons de l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire et le Département d’Environnement Spatial de l’Office National d’Etudes et Recherches Aérospatiales. L’objectif était de caractériser et de mettre en service un système opérationnel de spectrométrie des neutrons, étendu au domaine des hautes énergies afin de mesurer de manière dynamique les variations de l’environnement radiatif naturel atmosphérique en altitude au sommet de l’Observatoire du Pic du Midi de Bigorre dans les Pyrénées. Pour ce faire, les réponses des différents détecteurs ont été calculées par simulations Monte Carlo avant d’être validées expérimentalement jusqu’au domaine des hautes énergies en champs neutroniques de référence. La méthode de reconstruction mathématique du spectre par déconvolution a été étudiée afin de quantifier les incertitudes systématiques. Ensuite, le système a été testé sous la roche au Laboratoire Souterrain à Bas Bruit de Rustrel avant d’effectuer les premières mesures en altitude à +500 m et +1000 m. A la suite de ces expériences, le spectromètre a été installé en mai 2011 au sommet du Pic du Midi à +2885 m. La méthodologie d’analyse en continu des données recueillies a été développée. Des oscillations saisonnières du spectre dont l’amplitude dépend du domaine énergétique ont été mises en évidence. Des décroissances Forbush,caractéristiques d’éruptions solaires, ont également été observées à l’approche du 24ème cycle solaire.Des simulations Monte Carlo ont permis d’analyser ces résultats. Les données ont été valorisées grâce à des applications en dosimétrie personnelle et en fiabilité des composants électroniques vis-à-vis des radiations. / This PhD Thesis has been achieved thanks to the joint effort between two French organizations, the French Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN/LMDN, Cadarache) and the French Aerospace Lab (ONERA/ DESP, Toulouse). The aim was to develop an operational neutron spectrometer extended to high energies in order to measure the dynamics of the spectral variations of the natural radiative environment at the summit of the Pic du Midi Observatory in the French Pyrenees. Thereby, the fluence responses of each detector were calculated thanks to Monte Carlo simulations. Afterwards, they were validated by means of experimental campaigns up to high energies (>20 MeV) nearby reference neutron fields. The systematic uncertainties were deduced after detailed studies of the mathematic reconstruction of the spectra (i.e. unfolding procedure). Then, the system was tested under rocks at the LSBB of Rustrel before being installed at respectively+500 m and +1000 m above sea level for the first environmental campaigns. Finally, the spectrometer has been operating for two years after its deployment at the summit of the Pic du Midi (+2885 m). The continuous data were analysed thanks to an innovative method. Some seasonal and spectral variations were observed. Some Forbush decreases were also recorded after strong solar flares. These data were further analysed thanks to Monte Carlo simulations. The data were made more attractive thanks toseveral practical applications with personal dosimetry or reliability of submicron electronics components.

Le contexte du réchauffement climatique entraîne un développement des technologies CSP (Concentrated Solar Power). La réduction des coûts de production de ces technologies passe par une amélioration de la durabilité et de l'efficacité des composants des centrales solaires. Les températures de fonctionnement élevées du CSP (250-600°C) nécessitent d'employer des absorbeurs spectralement sélectifs afin de limiter les pertes par radiation. Cette thèse propose une architecture originale d'absorbeurs sélectifs stables à haute température sous air en combinant un dépôt de TiAlN en couches minces avec un réseau de diffraction. L'ajout d'une texturation de surface augmente l'absorption solaire du dépôt par un effet d'absorption et de gradient des indices optiques effectifs conduisant à une augmentation du rendement photothermique de l'absorbeur. Dans ce mémoire, la modélisation du comportement optique des absorbeurs texturés, les méthodes de fabrication du réseau de diffraction ainsi que le dépôt des couches minces par PVD et PECVD seront abordés et les mesures expérimentales seront comparées aux modélisations. L'analyse des absorbeurs texturés fabriqués confirme un gain de rendement photothermique pouvant atteindre +3% ainsi qu'une stabilité thermique remarquable à 500°C sous air jusqu'à 300 h de recuit / The global warming context reinforces the development of CSP technologies. Cost reduction of CSP requires the improvement of component durability and efficiency. The solar absorbers should be spectrally selective since the high working temperatures of CSP plants increase the radiative thermal losses. This thesis proposes an original, spectrally selective absorber structure combining TiAlN based coatings and diffractive gratings. The surface texturing provided by the diffractive gratings improves the solar absorption of the thin coating by an effective optical index gradation effect leading toincreased photothermal efficiency. In this thesis, the modeling of the textured absorber’s optical behavior, fabrication methods of diffractive gratings, as well as layer deposition by PVD/PECVD will be discussed. Experimental measurements will be compared to the theoretical modelling. The experimental analysis of textured absorbers confirms the increase of photothermal efficiency by almost 3%, as well as a good thermal stability at 500°C in air for 300 hours of annealing