Afin d’améliorer la qualité des solutions proposées par l’optimisation dans les processus de conception, il est important de se donner des outils permettant à l’optimiseur de parcourir l’espace de conception le plus largement possible. L’objet de cette Thèse est d’analyser différentes méthodes de paramétrage de formes surfaciques d’une automobile en vue de proposer à Renault un processus d’optimisation efficace. Trois méthodes sont analysées dans cette Thèse. Les deux premières sont issues de l’existant, et proposent de mélanger des formes, afin de créer de la diversité. Ainsi, on maximise l’exploration de l’espace de conception, tout en limitant l’effort de paramétrage des CAO. On montre qu’elles ont un fort potentiel, mais impliquent l’utilisation de méthodes d’optimisation difficiles à mettre en œuvre aujourd’hui. La troisième méthode étudiée consiste à exploiter la formulation de Koiter des équations de coques, qui intègre paramètres de forme et mécanique, et de l’utiliser pour faire de l’optimisation de forme sur critères mécaniques. Cette méthode a par ailleurs pour avantage de permettre le calcul des gradients. D’autre part, nous montrons qu’il est possible d’utiliser les points de contrôles de carreaux de Bézier comme paramètres d’optimisation, et ainsi, de limiter au strict nécessaire le nombre de variables du problème d’optimisation, tout en permettant une large exploration de l’espace de conception. Cependant, cette méthode est non-standard dans l’industrie et implique des développements spécifiques, qui ont été réalisés dans le cadre de cette Thèse. Enfin, nous mettons en place dans cette Thèse les éléments d’un processus d’optimisation de forme surfacique. / To improve optimized solutions quality in the design process, it is important to provide the optimizer tools to navigate the design space as much as possible. The purpose of this thesis is to analyze different parametrization methods for automotive surface shapes, in order to offer Renault an efficient optimization process. Three methods are analyzed in this thesis. The first two are closed to the existing ones, and propose to blend shapes to create diversity. Thus, we are able to maximize the exploration of the design space, while minimizing the effort for CAD setting. We show their high potential, but they involve the use of optimization methods difficult to implement today. The third method is designed to exploit the formulation of Koiter shell equations, which integrates mechanical and shape parameters, and to use it to perform shape optimization with respect to different mechanical criteria. This method also has the advantage of allowing the gradients calculation. On the other hand, we show that it is possible to use the Bezier’s control points as optimization parameters, and thus control the minimum number of variables necessary for the optimization problem, while allowing a broad exploration of the design space. However, this method is non-standard in the industry and involves specific developments that have been made in the context of this thesis. Finally, we implement in this thesis essentials elements of an optimization process for surface shapes.

Environ 10 millions de personnes, soit près d'un tiers de la population canadienne, utilise des eaux souterraines comme source d’eau potable, et plus de 80% de la population rurale canadienne dépend de l'approvisionnement en eau souterraine pour faire son approvisionnement en eau. Le Bilan de la qualité de l'eau potable au Québec 2005-2009, nous montre qu’environ 14% des habitants du Québec prend leur eau de puits individuelle. Dans la municipalité de Saint-François-Xavier-de-Brompton (SFXB) il n'y a pas de système collectif de production de l’eau potable. Pour cette raison, les quelque 2 500 habitants de cette municipalité s'approvisionnent en eau à partir de puits privés. La première étape de cette recherche (réalisée en 2013), vise à déterminer le portrait spatio-temporel de la qualité de l’eau potable dans cinq puits individuels à SFXB. Les campagnes d'échantillonnage ont été réalisées de la mi-mai jusqu’à la fin de novembre (22 en 2013 et 24 en 2014). Le suivi environnemental réalisé, testé l’eau potable sur soixante-dix produits pharmaceutiques et pesticides, cyanotoxines (microcystines MC-LR), métaux et metalloïdes en état de traces, nitrate et phosphore total. Pendant ce suivi environnemental, on a quantifié seize contaminants émergents CÉ (neuf produits pharmaceutiques, six pesticides et MC-LR), du cadmium, de l’arsenic, du fer, du manganèse et une quantité suffisante de nitrates et phosphore total pour garantir l’eutrophisation du Petit Lac Saint-François (PLSF) placé quelques mètres en aval de nos résidences riveraines. En 2014 la deuxième étape du projet a débuté, en élargissant la zone d’étude avec l’ajout de dix-huit municipalités du centre-sud de Québec, mais cette fois ci, en prenant des eaux potables traitées des municipalités petites à moyennes (médiane de 4000 habitants). Les campagnes d'échantillonnage ont été réalisées de mai jusqu’à la fin de novembre (8 en 2014 et 4 en 2015). Dans les dix-huit municipalités, onze molécules (6 produits pharmaceutiques, 4 pesticides et MC-LR) ont été quantifiées dans au moins un échantillon, y compris le cancérogène connu cyclophosphamide et le fongicide thiabendazole, dont la présence dans l'eau potable municipale traitée au Québec est signalée ici pour la première fois. Les concentrations maximales de produits pharmaceutiques quantifiés variaient de 48 à 1233 ng l-1 et de pesticides de 40 à 366 ng l-1.

Ces dernières années une attention particulière a été portée sur les systèmes autonomes de taille micrométrique. La taille de ces robots, ou particules, rend impossible l’embarquement d’énergie. Des systèmes d’actionnement et de contrôle à distance, notamment par effets magnétiques, ont été proposés. Ils évoluent généralement dans le milieu liquide. Ce milieu est privilégié en raison de la force de trainée qui stabilise les systèmes et simplifie donc leur contrôle. En revanche, ce milieu induit une limitation majeure sur la vitesse de déplacement de ces particules. Pour exploiter pleinement le potentiel d’actionnement rapide lié à la faible inertie de ces particules de petite taille, cette thèse propose la conception et la commande d’un système microrobotique dédié à l’actionnement haute vitesse. Les choix de conception, notamment l’augmentation de la force magnétique, l’utilisation de particules ferromagnétiques et le choix d’un environnement de travail en milieu ambiant permettent d’atteindre de grandes vitesses de déplacements. Cependant, le milieu ambiant pose des problématiques d’adhésion entre la particule et le substrat de travail et d’absence de modèle de connaissance. Des solutions sont proposées pour vaincre ou réduire les forces d’adhésion dans ce milieu, allant de l’actionnement en couple de la particule magnétique à la structuration mécanique du substrat. Une est également implémentée pour augmenter la précision du positionnement et de l’orientation des particules. Une approche permettant de synthétiser et d’implémenter une loi de régulation proportionnelle des deux paramètres de contrôle est proposée. L’approche expérimentale adoptée permet de quantifier les problématiques rencontrées dans le milieu ambiant et de proposer des solutions systématiques. Ce travail n’est qu’un premier pas dans l’intégration des systèmes microrobotiques en milieu ambiant, mais il fournit des méthodologies de contrôle adaptées à ses spécificités. / In the past few years, much attention has been given to autonomous systems of micrometric size. The small size of these robots, or particles, makes it impossible to embed their energy sources. Wireless systems for actuating and control, in particular through magnetic effects, have been proposed. They usually operate in a liquid environment. This environment is favored due to the drag force which stabilizes a system and therefore makes it easier to control. However, this medium comes with a major limitation to the moving speed of these particles. In order to fully exploit the potential for high speed actuation inherent to the low inertia of these small-sized particles, this thesis proposes the design and control of a microrobotic system dedicated to high speed actuation.The design choices, such increasing the magnetic force, using ferromagnetic particles and choosing to work in an ambient environment increases the displacement speed. However, the dry environment leads to adhesion issues between the particle and the surface of the working substrate, and lack of knowledge-based model. Various solutions are proposed in this thesis to overcome or reduce adhesion forces in this environment, from the coupled actuation of the magnetic, to the mechanical structuring of the surface of the substrate. A closed-loop control has also been integrated to increase the accuracy of the positioning and orientation of the particles. An approach to the synthesis and implementation of a proportional regulation is proposed for the two control parameters. The chosen experimental approach makes it possible to quantify the issues related to the ambient environment and bring systematic solutions to them.This work is but a first step in the integration of microrobotic systems in ambient environments, but it offers a control methodology, which is adapted to its specificities.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude des densités d'états surfaciques des opérateurs de Schrôdinger à potentiel surfacique presque périodique, du type d'Anderson et du type du problème à N-corps. Nous commençons dans un premier chapitre par établir un résultat sur l'approximation du spectre de l'opérateur de Schrödinger continu par le spectre de l'opérateur discret correspondant. Nous établissons ensuite une relation entre le spectre et le support de la densité d'états surfaciques. Au deuxième chapitre nous prouvons que la densité d'états surfaciques du modèle d'Anderson est la limite des densités d'états surfaciques discrètes au sens des distributions. Ces résultats sont généralisés au cas des potentiels avec singularités dans le quatrième chapitre. Au troisième chapitre nous établissons des estimations de décroissance hors la diagonale, ainsi que des estimations des effets perturbatifs du potentiel dans la norme des opérateurs à trace. Le dernier chapitre aborde sous un angle général le problème à N-corps.

Ce travail de thèse concerne l'analyse structurelle des maillages triangulaires surfaciques, ainsi que leur traitement en vue de l'amélioration de leur qualité (remaillage) ou de leur simplification. Dans la littérature, le repositionnement des sommets d'un maillage est soit traité de manière locale, soit de manière globale mais sans un contrôle local de l'erreur géométrique introduite, i.e. les solutions actuelles ne sont pas globales ou introduisent de l'erreur géométrique non-contrôlée. Les techniques d'approximation de maillage les plus prometteuses se basent sur une décomposition en primitives géométriques simples (plans, cylindres, sphères etc.), mais elles n'arrivent généralement pas à trouver la décomposition optimale, celle qui optimise à la fois l'erreur géométrique de l'approximation par les primitives choisies, et le nombre et le type de ces primitives simples. Pour traiter les défauts des approches de remaillage existantes, nous proposons une méthode basée sur un modèle global, à savoir une modélisation graphique probabiliste, intégrant des contraintes souples basées sur la géométrie (l'erreur de l'approximation), la qualité du maillage et le nombre de sommets du maillage. De même, pour améliorer la décomposition en primitives simples, une modélisation graphique probabiliste a été choisie. Les modèles graphiques de cette thèse sont des champs aléatoires de Markov, ces derniers permettant de trouver une configuration optimale à l'aide de la minimisation globale d'une fonction objectif. Nous avons proposé trois contributions dans cette thèse autour des maillages triangulaires 2-variétés : (i) une méthode d'extraction statistiquement robuste des arêtes caractéristiques applicable aux objets mécaniques, (ii) un algorithme de segmentation en régions approximables par des primitives géométriques simples qui est robuste à la présence de données aberrantes et au bruit dans la position des sommets, (iii) et finalement un algorithme d'optimisation de maillages qui cherche le meilleur compromis entre l'amélioration de la qualité des triangles, la qualité de la valence des sommets, le nombre de sommets et la fidélité géométrique à la surface initiale.

Dans le contexte énergétique qui se profile, la production d’électricité par voie solaire thermodynamique s’avère une solution prometteuse, que ce soit pour des considérations économiques, d’échelle de production ou environnementales. Une voie d’amélioration du rendement des centrales solaires à tour consiste à utiliser des cycles thermodynamiques à haut rendement type cycles combinés. Cela nécessite de pouvoir fournir un fluide de travail pressurisé à très haute température (10bar et 1000°C minimum). Ce manuscrit présente les travaux menés afin de développer et de viabiliser un concept d’absorbeur solaire surfacique modulaire en céramique (carbure de silicium) capable de répondre à ces exigences. Le choix du carbure de silicium s’est imposé pour sa résistance aux hautes températures et aux problèmes d’oxydation. Cependant, l’utilisation d’une céramique comme matériau implique un risque de casse des modules. Les céramiques sont en effet fragiles lorsqu’elles sont soumises à des contraintes de traction. C’est la connaissance et la maitrise de ce risque qui fait l’objet de cette étude. L’approche adoptée combine le développement d’outils numériques et d’études expérimentales réalisées sur le site de la centrale solaire Thémis (Targassonne, 66, France). La méthodologie desimulation développée permet de prédire le comportement thermique et le comportement mécanique de l’absorbeur. Ceci permet de réduire les risques encourus par l’absorbeur et d’en connaitre les performances. Cette méthodologie a été éprouvée à l’aide des résultats expérimentaux. / For the future, using thermodynamical solar power plant seems to be a good solution to ensure electrical production. Solar tower plants are able to produce electricity in significant amount, are environmentally friendly and economically competitive. One way to increase the yield of these plants is using high efficiency thermodynamical cycles, like combined cycle. That requires to providing a working fluid at high temperature and high pressure (10bar and 1000°C at least). This PHD thesis presents the works performed to develop and enhance a concept of modular plate solar ceramic absorber that can ensure the required air production. We chose the silicon carbide as material due to its resistance to high temperatures and oxidation problems. The drawback is ceramic modules are weak to traction stresses. The study focuses on the knowledge and the control of this phenomenon. This work combines the developments of numerical tools and experimental studies performed at Thémis power plant (Targassonne, 66, FRANCE). The numerical method permits simulations to predict the thermal behavior and the mechanical behavior of a solar module absorber. It allows the reduction of the mechanical stresses undergone by solar receiver and the prediction of its performances. This methodology was tested using experimental results.

SIMS est une technique d'analyse sensible de la surface. La probabilité d'ionisation dépend de l'état chimique de la surface. La génération des ions positifs est améliorée par le bombardement de la surface avec des éléments électronégatifs.Sur le NanoSIMS 50 de CAMECA, dont la configuration optique nécessite une polarité opposée entre ions primaires et secondaires, l'analyse des ions positifs se fait sous bombardement d'ions O-, générés dans un duoplasmatron. La faible brillance de la source en mode O- a comme conséquence une faible résolution latérale des analyses. Pour y remédier, nous avons étudié la possibilité de générer d’autres faisceaux d’ions primaires négatifs. Dans cet objectif, nous avons étudié la génération par duoplasmatron d'ions F-, Cl-, Br- et I- en fonction du champ magnétique, du courant d'arc et de la pression totale des gaz. Le courant d'ions et le diamètre du faisceau ont été mesurés afin de déterminer la brillance de la source en mode F-, Cl-, Br- et I-. Une brillance 5 fois plus élevée en mode F- qu'en mode O- a été déterminée.En utilisant les faisceaux F-, Cl-, Br- et I-, le rendement de pulvérisation, la concentration d'ions primaires implantés et le rendement utile ont été mesurés pour des semi-conducteurs et des métaux. Suite à une faible concentration en halogène à la surface des semi-conducteurs, résultant des processus de décapage, le rendement utile sous bombardement halogène était plus faible que sous bombardement O-. Pour les métaux (p.ex. Ni, Cu et Ag) par contre, une amélioration du rendement utile sous bombardement halogène jusqu'à deux ordres de grandeurs, comparé au bombardement O-, a été mesurée / Secondary Ion Mass spectrometry (SIMS) is a powerful surface analysis technique. The ionisation probability strongly depends on the chemical surface state. The generation of positive secondary ions can be enhanced by surface bombardment with electronegative elements.Due to the optical configuration of the CAMECA NanoSIMS 50, that necessitates an opposite polarity of incoming and ejected ions, analyses of positive ions are realized with primary O- ions, generated in a duoplasmatron ion source. As a consequence of the low O- brightness of the duoplasmatron source, the lateral resolution of the analyses on the NanoSIMS 50 is not satisfactory in the positive secondary mode. In this work, we studied the feasibility of different alternative negative primary ion beams. We investigated the possibility of F-, Cl-, Br- and I- ion generation with a duoplasmatron as a function of the source parameters, notably the magnetic field strength, the arc current and the total gas pressure. The ion current and the beam diameter were measured in order to determine the F-, Cl-, Br- and I- brightness of the source. A comparative study with the O- brightness demonstrates an increase of the F- brightness by a factor of 5.By using the F-, Cl-, Br- and I- bombardment, the sputtering yield, the concentration of implanted primary ions and the useful yield of different semi-conductor and metal samples were analysed. As a consequence of a low halogen concentration, related to etching effects, no enhancement of the useful yield could be noticed for the semi-conductors. For metals however (e.g. Ni, Cu and Ag), useful yield enhancements by up to a factor of 100 compared to the O- bombardment could be demonstrated

Les Surfaces à Haute Impédance (SHI) ont été largement étudiées pour améliorer toutes sortes de performances des antennes, comme le gain, le facteur de qualité, les formes et dimensions. L'objectif de cette thèse est de modéliser les structures de SHI et de caractériser leurs performances en vue de futures applications aux antennes.Après une brève introduction aux structures SHI et une étude de quelques modèles analytiques fréquemment traités dans la littérature, deux nouvelles méthodes numériques sont proposées pour calculer l'impédance de surface de structures SHI. Ces deux méthodes (dites « méthode du flux de Poynting » et « méthode <E>/<H> ») sont validées sur des structures symétriques, puis mises en service sur des structures de SHI asymétriques. Elles sont également validées par comparaison de résultats analytiques, numériques et expérimentaux.Nous présentons ensuite un modèle équivalent basé sur l'idée de remplacer les structures hétérogènes de SHI par une surface homogène, caractérisée par son impédance surfacique. Ce modèle nous permet d'avoir une prédiction avec un temps de calcul et une occupation de mémoire PC largement réduits. / High impedance surfaces (HIS) have proved good candidates for antenna miniaturization or antennas performance improvement. Within a certain frequency band, they can enhance the gain of an antenna while simultaneously suppressing the unwanted surface waves.In this thesis, the focus of our work is on numerical modeling of these structures by using the finite element method (FEM) based on edge elements.One of our contributions is that we propose two new numerical methods (the Poynting flux method and <E>/<H> method) to calculate the surface impedance not only for HIS structures with symmetric geometries, but also for those with asymmetric geometries. These two numerical methods have been validated by comparing analytical, numerical and experimental results.Another significant contribution of the thesis is that we introduce an equivalent model, based on the idea of replacing the heterogeneous HIS structures by a homogeneous surface, characterized by its surface impedance. Compared with the normal model, this equivalent model can save computing time and memory space.

L'objectif de cette étude est d'évaluer le comportement à long terme d'une nouvelle matrice de conditionnement des actinides mineurs à structure apatitique. La résistance à l'altération aqueuse des minéraux à structure apatitique a été étudiée à partir de l'étude combinée d'une fluorapatite naturelle et d'une britholite synthétique contenant un atome de néodyme pour simuler la présence d'actinides trivalents. La surface minérale a été caractérisée à partir d'une approche combinant des mesures électrocinétiques, potentiométriques et spectroscopiques, et les vitesses de dissolution ont été mesurées en réacteurs ouverts et fermés dans différentes conditions d'altération. Les résultats suggèrent que les minéraux apatitiques se dissolvent suivant 1) libération des fluors, 2) libération des cations localisés dans les sites I, et 3) la rupture des liaisons Ca-O permettant la libération des cations II et des phosphates. Une équation cinétique basée sur la TST a été établie pour rendre compte de la dissolution de la fluorapatite naturelle et de la britholite synthétique en fonction des conditions d'altération. La concentration aqueuse de néodyme est contrôlée par la précipitation de rhabdophane.

Un navire à coque ferromagnétique, sous l'influence du champ magnétique terrestre et de contraintes mécaniques, s'aimante, créant ainsi une anomalie locale du champ. L'immunisation en boucle fermée est un système permettant au bâtiment d'auto-évaluer cette anomalie et de la compenser en temps réel. La mise au point de ce système nécessite le développement d'un outil capable de prédire l'aimantation de la coque à chaque instant. Cette aimantation se décompose en deux parties: d'une part l'aimantation induite et d'autre part l'aimantation permanente. La première partie de ce travail s'attache à présenter les méthodes numériques permettant de calculer l'aimantation induite, c'est-à-dire la réaction du matériau plongé dans un champ inducteur. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à des méthodes intégrales conduisant à des répartitions de charges et de dipôles tangentiels localisées sur la coque. La deuxième partie propose une méthode pour déterminer l'aimantation permanente. Cette aimantation dépendant de l'histoire magnétique du bâtiment (hystérésis, magnétostriction...), un calcul déterministe n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire de faire intervenir des mesures de champ magnétique effectuées à l'intérieur de la coque pour l'évaluer. Le présent travail propose une approche originale pour résoudre ce problème inverse. Celui-ci étant mal posé, nous proposons un critère de choix de la solution basé, non pas sur une approche mathématique, mais sur la connaissance physique des phénomènes mis en jeu. Une fois un modèle d'aimantation obtenu, il est alors possible de calculer le champ à l'extérieur du bâtiment. Tous nos résultats ont été validés sur une maquette représentative d'un navire réel.