Ce travail a pour objet la compréhension de la phénoménologie du changement de phase liquide-vapeur lors de l'écoulement d'un fluide dans des chemins de fuite micrométriques, résultants du contact imparfait entre deux pièces métalliques du fait de la rugosité des parois. Le but est de déterminer l'influence du changement d'état du fluide sur la valeur du débit de fuite par rapport à un écoulement monophasique. Le chemin de fuite est assimilé à un capillaire micrométrique de section circulaire, aux extrémités duquel les conditions de pression correspondent à l'état liquide en entrée et à l'état vapeur en sortie. L'étude se limite aux situations où le changement de phase est obtenu par une chute de la pression locale le long du capillaire, sans apport de chaleur complémentaire à la paroi. L'ensemble des équations phasiques et interfaciales sont rendues sans dimension afin d'identifier, par une analyse phénoménologique, les mécanismes prépondérants lors de l'ébullition du R134a en espace confiné. Il est montré que le changement de phase intervient par nucléation hétérogène et que la croissance des bulles de vapeur ainsi formées est contrôlée par les phénomènes thermiques. Un dispositif expérimental est conçu pour observer le changement de phase dans des capillaires en verre, dont le diamètre intérieur est compris dans une gamme de 20 à 100 $\mu m$. Un protocole d'essais très strict est suivi au cours des expériences pour s'assurer que les conditions d'équilibre sont atteintes. L'évolution de la taille des inclusions gazeuses, quand elles se produisent, est relevée à l'aide d'une caméra rapide ou d'une webcam. A partir de ces visualisations, on peut estimer l'effet du changement de phase sur le débit de fuite. Selon l'historique de variation de la pression en aval du capillaire, il existe une situation où aucune bulle de vapeur ne se forme, le liquide supportant la surchauffe jusqu'à la sortie.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la démarche engagée depuis quelques années et concernant l'intégration monolithique en électronique de puissance avec pour objectif de faire émerger une nouvelle structure de bras d'onduleur plus compacte, plus fiable et plus performante. En s'appuyant sur des technologies à base de transistors " complémentaires " sur substrat N et P, la nouvelle structure étudiée présente de nombreux avantages vis-à-vis de la CEM conduite, de la simplification de commande rapprochée et de la mis en œuvre. Ces aspects sont abordés et validés de manières "théoriques" et expérimentales. Le point pénalisant concernant le rendement de la structure par l'introduction du transistor sur substrat P est également analysé et de nouvelles topologies sont proposées afin d'améliorer cette limitation. Des techniques d'alimentation pour la commande bipolaire offrant un niveau maximal intégration sont ainsi développées.

La boîtier (package) d'un composant actif de puissance à structure verticale (diode, IGBT, MOSFET...) a plusieurs rôles. Il doit assurer, outre la connexion électrique de ce dernier, le maintien mécanique de la puce, l'isolation, la tenue en tension du composant, la limitation des phénomènes CEM, une bonne fiabilité dans le temps et une bonne évacuation de la chaleur. Ce dernier point est primordial car la principale limitation du calibre en courant des composants est en général liée à leur température maximale de jonction. Dans un premier temps, nous aborderons différentes études portant sur l'amélioration des transferts de chaleur au sein du module de puissance puis entre ce dernier et l'ambiant : caloducs miniatures, caloducs pulsés, pompes statiques... Nous verrons ensuite qu'une démarche prenant en compte l'ensemble des contraintes liées au packaging et remettant en question la structure même des composants semi-conducteurs apporte des solutions originales pour la construction de modules de puissance performants et innovants.

Ce travail de thèse propose d'utiliser Fanalyse fonctionnelle dans le processus de conception des structures de convertisseurs statiques. L'analyse fonctionnelle permet d'obtenir un niveau de raisonnement relativement détaché d'une technologie de réalisation. Ainsi, elle permet de guider le concepteur vers l'obtention de plusieurs structures à partir d'un même cahier des charges. L'approche présentée ici est restreinte aux convertisseurs statiques mais peut être étendue aux entraînements électriques. Un modèle est proposé pour représenter les fonctions et les agencer sous forme de graphes fonctionnels. En complément, une analyse de cohérence de ces derniers a été élaborée afin d'aider le concepteur tout au long de sa démarche de conception, en lui signalant des problèmes éventuels de construction des graphes et en lui proposant même parfois des éléments de solution. A partir de là, nous avons mis en œuvre un prototype informatique afin de valider tous ces concepts. Cet outil ne réalise que la vérification de la cohérence et laisse à la charge du concepteur le choix des fonctions et le passage fonction-structure.

Dans ce mémoire nous proposons une méthode d'analyse a priori des perturbations conduites dans les convertisseurs statiques d'électronique de puissance. Le premier chapitre introduit à la problématique de la compatibilité électromagnétique (CEM). Quelques méthodes classiques pour calculer les perturbations conduites dans les convertisseurs statiques sont passées en revue. Le deuxième chapitre présente l'approche qui est basée sur des modèlès simples de composants semiconducteurs qui permettent une représentation du système pour chaque configuration avec un système d'équations différentielles linéaire. Ceci entraîne un calcul plus aisé du régime permanent et une déduction directe de la décomposition fréquentielle pour les variables électriques intéressantes. L'approche est validée et située par rapport aux méthodes basées sur des simulations temporelles suivies de FFT. Une représentation graphique des perturbations conduites pour une fréquence donnée est proposée afin de faciliter la réflexion du concepteur de convertisseurs statiques en tenant compte des contraintes CEM. Le troisième chapitre est consacré à l'analyse avec la technique proposée de trois cas : un onduleur monophasé, un convertisseur à absorption sinusoïdale et un flyback résonant. La dernière partie de la thèse présente l'application de la méthode à l'optimisation des paramètres d'un filtre ayant comme objectif le respect des normes CEM pour une structure hacheur série.

Les composants semiconducteurs de puissance sont depuis toujours à la base des développements des convertisseurs statiques. Le rôle d'interrupteur qu'ils jouent, conditionne l'évolution des structures. Avec l'apparition au début des années quatre vingt des IGBT, le monde des composants de puissance a été bouleversé. Issu des structures MOS, ce nouveau composant a ouvert à la famille des composants à grille isolée les applications de moyennes et de fortes puissances. Deux raisons expliquent cette évolution. D'une part, les progrès effectués par les fabricants de semiconducteurs (Front End) ont permis d'obtenir des tenues en tension de plusieurs kilovolts, et, d'autre part les progrès effectués sur l'encapsulation (Back End) ont autorisé de forts pouvoirs d'évacuation de la chaleur et donc de fortes intensités. Au cours de nos dix années de recherche, nous nous sommes attachés à participer au développement de ces nouveaux composants. Sur le plan électrique, avec une approche de concepteur de convertisseur, nous avons mis en évidence l'apport des IGBT en électronique de puissance en participant, entre autres, à des développements d'associations de composants pour répondre aux applications de la traction électrique. Nous avons rapidement montré, l'importance des assemblages sur lesquels ces composants sont reportés et particulièrement de leurs caractéristiques thermiques. La seconde partie de notre travail a concerné l'étude thermique de ces assemblages. L'étude des stratégies de refroidissement par microthermie a été initiée pour repousser les limites des structures classiques de refroidissement. Enfin, pour répondre à la fois à des considérations thermiques et électriques, une action a été engagée sur la connectique interne aux composants. Un nouveau concept de boîtier a été réalisé et breveté. Dans une démarche d'intégration système, nous avons initié des travaux d'intégration de micro refroidisseurs dans le semiconducteur pour concevoir, de manière cohérente, la fonction interrupteur. Pour assurer une approche fonctionnelle sécurisée, des travaux sont aussi engagés sur l'intégration monolithique d'éléments de commande et de protection. Dans notre projet de recherche, en prospective, nous développons l'idée que l'électronique de puissance doit, comme l'électronique l'a fait, évoluer vers une intégration pour répondre tant aux besoins des utilisateurs que des concepteurs.

Le speckle laser est un effet d'interférence longtemps considéré comme néfaste lors de l'utilisation de sources de lumière cohérente. Cependant, pour certaines applications, cet effet peut être bénéfique et utilisé comme source d'information. C’est le cas du domaine biomédical.Ainsi, le speckle laser est utilisé depuis des décennies pour la surveillance du flux sanguin microvasculaire. Il commence à être considéré aussi pour l'extraction de paramètres de la macrocirculation sanguine. Ce travail vise donc tout d’abord à démontrer que le speckle laser permet d'évaluer les paramètres hémodynamiques de la macrocirculation avec fiabilité et à partir d’une technique identique à celle employée dans l’étude de la microcirculation. Ceci conduira à une intégration rapide du dispositif dans les instruments existants. Par ailleurs, l'un des problèmes les plus importants du speckle laser,empêchant l’obtention d’une analyse totalement quantitative, est l'effet des diffuseurs statiques. Ce type de diffuseurs influence fortement le contraste de speckle, conduisant à une mauvaise interprétation des données. Le second objectif de ce travail est donc d'étudier l'effet des diffuseurs statiques sur la corrélation et le contraste du speckle laser. Nos résultats montrent tout d’abord que le speckle laser est un phénomène intéressant pour extraire les paramètres hémodynamiques de la macrocirculation. Par ailleurs, nos études révèlent que le calcul de la corrélation du speckle laser permet d'estimer le rapport entre diffuseurs statiques / dynamiques avec une bonne fiabilité. En outre, le contraste temporel permet de déterminer les diffuseurs dynamiques possédant des vitesses différentes. / The laser speckle is an interference effect that has been considered as a main drawback in the use of coherent light sources. However, for a specific set of applications, this effect can become a source of information. Among these applications there are the biomedical ones. The laser speckle has been used for decades to monitor microvascular blood flow but only now starts to be considered as a method that can also be used for macrocirculation parameters extraction. This work first aims at demonstrating that laser speckle can be used for macrocirculation assessment with good reliability, using the same technique as the one employed in microcirculation assessment. The use of the same methods could lead to a rapid inclusion of this new evaluation in the existing devices. Furthermore, one of the most important laser speckle issues, that prevents a fully quantitative analysis, is the effect of static scatterers. This type of scatterers strongly influences the speckle contrast, leading to a wrong interpretation of the data. The second objective of this work is to study the effect of statics catterers on the laser speckle correlation and contrast. Our results show that the laser speckle is an interesting phenomenon to extract hemodynamic parameters in the macrocirculation. This work also demonstrates that the laser speckle correlation is able to estimate the ratio between static/dynamic scatterers with good reliability. Moreover, the temporal speckle contrast achieved a very good performance in discerning dynamic scatterers with different velocities.

Cette thèse se trouve à l'intersection de deux sujets de recherches en économie qui ont connus des développements récents : d'un côté, la modélisation et l'étude des réseaux économiques, de l'autre, la théorie du transport et ses applications en économie. Les quatre chapitres de cette thèse déclinent plusieurs résultats théoriques en lien avec ces deux sujets, en insistant sur leurs connections. Le premier chapitre modélise des contrats bipartites sur un marché décentralisé comme un problème de flux. Ce travail prouve l’existence d'un équilibre compétitif et discute son efficacité. Nous présentons des interprétations de ce modèle dans le cas où les biens sont indivisibles. Ces spécifications sont utilisées pour proposer un modèle du marché du prêt interbancaire. Dans le second chapitre, co-écrit avec Alfred Galichon et Larry Samuelson, nous prouvons un théorème de statiques comparatives monotones. Nous appliquons ensuite ce résultat à plusieurs modèles économiques classiques (modèles d'appariement, modèles hédoniques et problèmes de flux de coût minimum). Le troisième chapitre, co-écrit avec Alfred Galichon et Arthur Charpentier, présente des outils pour résoudre les problèmes d'appariement sur des réseaux de grandes dimensions avant de les mettre en pratique. Enfin le quatrième chapitre, co-écrit avec Rakesh Vohra, montre comment un assureur monopolistique peut utiliser les externalités entre agents - modélisées comme un réseau - pour maximiser ses revenus. Bien qu’exerçant le niveau d'effort optimal d'un point de vue social, tous les agents préfèrent l'équilibre précédant l'introduction de l'assureur. / This dissertation lies at the intersection of two fields of research in economics that have recently substantially developed: on the one hand, the modeling and study of economic networks, and on the other hand, transport theory and its applications in economics. The four chapters of this dissertation present theoretical results in relation with these two topics and put stress on their connections. The first chapter models bipartite contracts on a decentralized market as an equilibrium flow problem. We prove the existence of a competitive equilibrium outcome and discuss its effciency. We interpret this equilibrium in the case of indivisible commodities. As an illustration, we build a model for the overnight interbank loan market with counterparty risk and collateralization costs. In the second one, written in collaboration with Alfred Galichon and Larry Samuelson, we prove a monotone comparative statics theorem that we then apply to several classical economic models (matching models, min-cost flow problems and hedonic models). The third chapter is a joint work with Alfred Galichon and Arthur Charpentier. It presents tools to solve for matching problems on large geographic networks before applying them to examples. Finally, the fourth chapter, written with Rakesh Vohra, shows how a monopolistic insurer can use externalities between agents - modeled as a network - to maximize his profit. We show that a monopolistic insurer decreases the welfare of all agents.

Les évolutions récentes des systèmes électriques comme conséquence de la dérégulation du marché et des traités internationaux comme le protocole de Kyoto ont des répercussions importantes sur les réseaux, en particulier, ceux de distribution. En effet, une large part de la production décentralisée est prévue d'être raccordée sur ces derniers. La production décentralisée utilise des sources d'énergie renouvelables hautement imprévisibles et reparties. Ce fait ajoute une contrainte forte sur l'exploitation des réseaux de distribution qui n'ont pas été conçus, à l'origine, pour accueillir de la production d'énergie à large échelle. Ce travail de thèse étudie l'impact de l'incertitude sur les études classiques de planification des réseaux électriques. Les études statiques et dynamiques du réseau ont été réalisées prenant en compte plusieurs sources d'incertitude dans plusieurs réseaux de distribution. Les incertitudes sont modélisées dans les études statiques par les méthodes probabilistes et possibilistes. La méthode possibilistes offre des avantages sur la méthode probabiliste. Un taux de pénétration éolien maximum d'un petit réseau maillé a été déterminé, en dynamique, en utilisant la méthode probabiliste, ainsi que les simulations de stabilité moyen-long terme et petits signaux du réseau.

Dans notre travail de thèse nous nous intéressons à la caractérisation de l'environnement électromagnétique des convertisseurs de l'électronique de puissance. Pour ce faire, nous proposons d'utiliser des formalismes analytiques de calcul du champ électromagnétique émis par les dispositifs de l'électronique de puissance en domaine fréquentiel et aussi directement en domaine temporel. Après une analyse par résolution directe des équations de Maxwell par FDTD, nous avons étendu notre travail à une approche simplifiée et plus accessible à l'ingénieur de recherche. Cette approche consiste à réaliser le travail en deux étapes. Dans une première étape, nous commençons par le calcul de la répartition des courants et tensions et en deuxième étape, nous abordons le calcul analytique du champ électromagnétique émis. Afin de compléter notre travail, nous avons aussi abordé la question de la réduction de l'émission électromagnétique des convertisseurs de l'électronique de puissance. Pour cette problématique, nous proposons de réduire le champ magnétique rayonné en introduisant des boucles conductrices passives au sein même du dispositif.