Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.

Le monde des communications par satellite est dominé par les systèmes de diffusion de la télévision. Cependant, des satellites de communication offrent aussi des services de téléphonie et de données. Ils sont regroupés dans les familles des systèmes fixes et mobiles et ciblent des marchés de niche. Dans cette thèse, nous avons la volonté d’étendre les scénarios d’utilisation de ces systèmes. Notre vision nous dicte que leur développement est lié à l’utilisation de réseaux hybrides mobiles satellite-terrestre. En effet, une utilisation complémentaire des deux segments permet de s’affranchir d’une concurrence trop féroce des réseaux de télécommunications terrestres. Pour cela, nous optons pour deux applications qui nous paraissent prometteuses : un réseau mobile LTE (Long Term Evolution) avec des stations de base qui possèdent un backhaul satellite et un réseau MANET (Mobile Ad-hoc NETwork) qui s’interconnecte à des réseaux extérieurs grâce à des liaisons satellite. Nous soulevons l’un des problèmes les plus contraignants du réseau mobile LTE avec des backhauls satellite : la gestion de la mobilité. L’analyse du standard nous a conduits à conclure quant à la nécessité d’optimiser les procédures du handover. Ceux qui nécessitent des modifications surviennent entre des stations de base qui n’utilisent pas le même backhaul satellite et entre une station de base avec un backhaul satellite vers une avec un backhaul terrestre. Deux points nous ont semblé importants : la phase de préparation et le mécanisme qui permet d’éviter les pertes. Nous proposons donc une nouvelle phase de préparation qui prend en compte le retard induit par la liaison satellite ainsi qu’une phase de préparation à double décision combinée avec une préparation de multiples stations de base. Nous tentons ainsi de maximiser les chances de réaliser un handover avec succès. Puis, nous avons imaginé un mécanisme qui permet à la fois d’éviter les pertes lors de l’exécution du handover et de sauvegarder les précieuses ressources du satellite. Les réseaux MANET associés à des liaisons satellite offrent des caractéristiques très intéressantes pour les communications d’urgence, telles que l’indépendance vis-à-vis des infrastructures terrestres susceptibles d’être endommagées par des catastrophes ainsi qu’un déploiement rapide pour une intervention sur le théâtre des opérations. Nous avons souhaité améliorer l’un des points cruciaux dans le cadre d’une hybridation : la sélection de la passerelle satellite. Nous avons donc développé un mécanisme qui prend en compte la charge sur les passerelles satellite ainsi que le phénomène d’oscillation de passerelle souvent négligé dans la littérature. Ces optimisations ont pour but de favoriser le développement de réseaux hybrides satellite terrestres en améliorant les performances de ces réseaux. L’avenir nous semble prometteur quant à l’utilisation de la technologie LTE avec un backhaul satellite pour lequel nous avons proposé une nouvelle gestion de la mobilité qui est primordiale pour son développement. / Satellite communications are leaded by television broadcasting. Yet, fixed and mobile satellite systems provide voice services as well as IP-based applications. In this thesis, we try to develop user scenarios in order to extend their targeted market. Our vision to reach this objective consists to use hybrid satellite and terrestrial mobile networks. This network design avoids a competition between both segments in which a satellite success is difficult to imagine. Furthermore, hybrid networks may draw benefits from both segments. Two promising scenarios have been selected. The first one consists in a mobile LTE network (Long Term Evolution) with base stations backhauled by satellite links whereas the second scenario is composed of a Mobile Ad-hoc Network (MANET) connected to external networks thanks to satellite systems. One of the main problems in the hybrid LTE scenario is caused by mobility procedures. As a consequence of the standard analysis, we have decided to optimize the mobility management in two cases: a handover between two base stations for which the backhaul is provided by two different satellite terminals and a handover from a base station with a satellite backhaul to one with a terrestrial backhaul. Two procedures have drawn our attention: the preparation phase and the loss avoidance mechanism during the execution phase. First of all, we design a new procedure for the preparation which takes into account the delay induced by the satellite link. This new phase is based on a twofold decision preparation associated with multiple preparations. This solution leads to an increase of handover success. The second optimization aims to avoid losses during the execution phase and, at the same time, save satellite resources. MANET and satellite hybridization leads to very interesting characteristics for public safety communications. Indeed, these networks are independent of terrestrial infrastructures that can be impaired or destroyed. Furthermore, they can be rapidly deployed in the theater of operation. Gateway selection is a crucial problem linked to hybrid MANET. Therefore, we have focused our work on this mechanism taking into account the measured load on the satellite links as well as an oftenneglected phenomenon, the gateway flapping. These optimizations tend to promote hybrid satellite and terrestrial networks improving their performance. A promising future is foreseen for the hybrid LTE technology and we have proposed a solution to a problem that may be very detrimental to its deployment.

Cette thèse développe des outils permettant de prouver qu’un système dynamique est sûr. En supposant qu’une partie de l’espace d’état est dangereuse, un système dynamique est dit sûr lorsque son état n’atteint jamais cette partie dangereuse au cours du temps, quel que soit l’état initial appartenant à un ensemble d’états initiaux admissibles et quel que soit le niveau de perturbation restant dans un domaine admissible. Les outils proposés cherchent à établir des preuves de sûreté pour des systèmes décrits par des modèles dynamiques non-linéaires et des modèles dynamiques hybrides. Prouver qu’un système dynamique est sûr en calculant explicitement l’ensemble des trajectoires possibles du système lorsque le modèle dynamique est non-linéaire et perturbé reste une tâche très difficile. C’est pourquoi cette thèse aborde ce problème à l’aide de fonctions barrières paramétrées. Une barrière, lorsqu’elle existe, permet de partitionner l’espace d’état et d’isoler l’ensemble des trajectoires possibles de l’état du système de la partie dangereuse de l’espace d’état. La fonction paramétrique décrivant la barrière doit satisfaire un certain nombre de contraintes impliquant la dynamique du modèle, l’ensemble des états initiaux possibles, et l’ensemble dangereux. Ces contraintes ne sont pas convexes en général, ce qui complique la recherche de fonctions barrières satisfaisantes. Précédemment, seules des fonctions barrières polynomiales ont été considérées pour des modèles dynamiques polynomiaux. Cette thèse considère des systèmes dynamiques relativement généraux avec des barrières paramétriques quelconques. Les solutions présentées exploitent des outils de satisfaction de contraintes sur des domaines continus et des outils issus de l’analyse par intervalles. Dans un premier temps, cette thèse considère des systèmes dynamiques non-linéaires à temps continu. Le problème de conception d’une barrière paramétrique est formulé comme un problème de satisfaction des contraintes sur des domaines réels avec des variables quantifiées de manière existentielle et universelle. L’algorithme CSC-FPS a été adapté afin de résoudre le problème de synthèse de barrière. Cet algorithme combine une exploration de l’espace des paramètres de la barrière et une phase de vérification des propriétés de la barrière. A l’aide de contracteurs, il est possible de significativement accélérer la recherche de solutions. Dans un second temps, ces résultats sont étendus au cas de systèmes décrits par des modèles dynamiques hybrides. La propriété de sûreté doit être prouvée lors de l’évolution à temps continu du système dynamique, mais aussi pendant les transitions du système. Ceci nécessite l’introduction de contraintes supplémentaires qui lient les fonctions barrières associées à chaque mode à temps continu entre elles. Réaliser la synthèse de toutes les fonctions barrières pour les différents modes simultanément n’est envisageable que pour des systèmes de très petite dimension avec peu de modes. Une approche séquentielle a été proposée. Les contraintes liées aux transitions sont introduites progressivement entre les modes pour lesquels une barrière a déjà été obtenue. Lorsque certaines contraintes de transition ne sont pas satisfaites, une méthode de backtracking doit être mise en œuvre afin de synthétiser des barrières offrant une meilleure prise en compte des contraintes de transition non satisfaites. Ces approches ont été évaluées et comparées avec des techniques de l’état de l’art sur des systèmes décrits par des modèles à temps continu et des modèles hybrides. / This thesis addresses the problem of proving the safety of systems described by non-linear dynamical models and hybrid dynamical models. A system is said to be safe if all trajectories of its state do not reach an unsafe region. Proving the safety of systems by explicitly computing all its trajectories when its dynamic is non-linear or when its behavior is described by an hybrid model with non-linear dynamics remains a challenging task. This thesis considers the barrier function approach to prove the safety of a system. A barrier function, when it exists, partitions the state space and isolates the trajectories of the system starting from any possible initial values of the state and the unsafe part of the state space. The set of constraints, which have to be satisfied by a barrier function are usually non-convex, rendering the search of satisfying barrier functions hard. Previously, only polynomial barrier functions were taken in consideration and for systems with polynomial dynamics. This thesis considers relatively general dynamical systems with generic non-linear barrier functions. The solutions presented are based on template barrier functions, constraint satisfaction problems, and interval analysis. The first part of the thesis focuses on non-linear dynamical systems. The barrier function design problem is formulated as a constraint satisfaction problem that can be solved using tools from interval analysis. This formulation allows one to prove the safety of a non-linear dynamical system by finding the parameters of a template barrier function such that all constraints are satisfied using the FPS-CSC algorithm, which has been adapted and supplemented with contractors to improve its efficiency. The second part of the thesis is dedicated to the design of barrier functions for systems described by hybrid dynamical models. Safety properties have to be proven during the continuous-time evolution of the system, but also during transitions. This leads to additional constraints that have to be satisfied by candidate barrier functions. Solving all the constraints simultaneously to find all the barrier functions is usually computationally intractable. In the proposed approach, the algorithm explores all the locations sequentially. Transition constraints are introduced progressively between the already explored locations. Backtracking to previous location is considered when transition constraints are not satisfied. The efficiency of the proposed approaches has been compared with state-of-the-art solutions.

La thèse défendue est le résultat d'un partenariat entre d'une part le groupe Parisot, et plus particulièrement la société Parisot Meuble, et d'autre part l'équipe de recherche technologique TRACILOG du Centre de Recherche en Automatique de Nancy.<br />La typologie de la consommation en termes de biens et de services a évolué au cours des dernières années, avec notamment l'émergence du e-commerce. Si jusqu'alors les consommateurs se sont satisfaits de produits faiblement différenciés à bas coûts, la tendance est à la personnalisation, impliquant une augmentation de la diversité et des exigences du client final en termes de coûts, qualité, fonctionnalités et délais. Les systèmes de production ont généralement été conçus pour être efficaces dans un contexte de production de masse : ils doivent évoluer pour s'adapter à cette nouvelle typologie du marché. Ils doivent gagner en flexibilité pour être capable de répondre aux diverses demandes des clients. Il leur faut également être réactifs, afin de satisfaire rapidement les clients. Enfin, l'entreprise dans sa globalité doit devenir agile, capable de se reconfigurer en fonction des évolutions de son environnement ou de son marché (Nof et al, 2006), (Koren et al, 1999).<br />Les industries qui produisent en grande série des produits personnalisables, et notamment l'industrie du meuble, subissent également cette évolution : le nombre de références ne cesse d'augmenter et les volumes par référence diminuent. L'un des enjeux majeurs pour l'entreprise Parisot Meubles consiste à flexibiliser un outil industriel initialement dimensionné pour produire des quantités importantes de produits avec une faible différenciation, afin de répondre aux exigences des clients, tant en terme de diversification des produits que de qualité, coûts et délais. Les investissements dans les infrastructures de production étant récents et importants, les perspectives de flexibilisation doivent d'abord s'appuyer sur une évolution des structures de pilotage.<br />Les systèmes centralisés et hiérarchiques, initialement développés pour répondre à un marché de consommation de masse, ne permettent pas l'agilité du système de production. En effet, si de telles architectures se montrent performantes en régime nominal, de nombreux auteurs (Duffie et al, 1986)(Valckenaers et al, 1997) ont souligné leur manque de robustesse aux perturbations (gestion d'urgences commerciales, pannes, ruptures d'approvisionnements) et leur rigidité (pénibilité de la reconfiguration lors de l'introduction de nouveaux produits par exemple). Ce constat a conduit beaucoup d'entreprises à se tourner vers des stratégies de pilotage de type Juste-à-Temps, reposant sur une production tirée par la demande du client et un système de pilotage des flux physiques par le terrain, généralement à l'aide d'étiquettes (papier) kanban (Monden, 1981). S'ils apportent des solutions satisfaisant aux contraintes de réactivité, ces systèmes ne proposent pas une gestion optimale des flux, et rendent celle-ci complexe par la difficulté à disposer d'une vue globale de la situation.<br />Dans le but d'améliorer l'agilité des systèmes de production, les activités de recherche se sont orientées ces dernières années vers des systèmes de pilotage hybrides combinant un système de décision centralisé prédictif avec un horizon à moyen ou long terme et un système distribué où les décisions sont prises en temps réel à même le flux sur un horizon court terme. La qualité et la complémentarité des deux approches, centralisées et distribuées, laisse entrevoir des bénéfices considérables pour les architectures hybrides qui concilieraient les capacités d'optimisation globale des systèmes hiérarchiques avec la réactivité et la robustesse potentielle des systèmes hétérarchiques.<br />Par ailleurs, les développements récents dans le domaine des technologies infotroniques (RFID, réseaux de communication sans fil...) apportent les outils concrets permettant la mise en œuvre de systèmes automatisés de pilotage. Il devient réaliste d'imaginer que le « produit informant » puisse assurer la synchronisation du flux d'objets physiques du procédé et le flux des objets logiciels du système d'information représentant ce procédé. Mac Farlane (MacFarlane et al, 2003) a montré que l'instrumentation du produit et l'augmentation de la visibilité inhérente permettent un apport, tant pour les systèmes classiques de gestion de production que pour les systèmes émergents (Figure 4). D'abord, la collecte en temps-réel de données pertinentes sur l'état du flux de produits et de système de production permettent d'alimenter efficacement les outils centralisés (APS, ERP, MES), particulièrement consommateurs de données, dans le but d'assurer cohérence et optimisation globale du processus de production. Les technologies d'identification automatique permettent de résoudre le problème de synchronisation des flux physiques et d'informations adressée par Plossl en 1985 (Plossl, 1985). <br />L'instrumentation du produit représente également un moyen sûr d'assurer le lien matière-information et permet d'améliorer la visibilité sur le flux physique. La disponibilité d'informations à la fois sur le process et sur le produit lui-même amène à une amélioration de la visibilité (ou observabilité) dans l'espace des états de l'opération contrôlée (MacFarlane et al, 2003). L'Auto ID est donc un complément aux informations capteurs provenant directement du process. La possibilité d'information précise et en temps réel sur l'identité, le statut et les spécifications du produit aident à réduire les délais et les risques d'erreurs dans la gestion des stocks de matière première, les opérations de production et la gestion des produits finis.<br />Il devient alors réaliste d'imaginer le « produit actif », participant aux décisions concernant la fabrication, et de le considérer comme le pivot du système de pilotage, assurant la synchronisation et la cohérence entre un système centralisé assurant l'optimisation globale de la production au niveau de l'entreprise et l'ensemble des centres de décisions distribués en charge de l'exécution de la production (Figure 5). Comme énoncé par Valckenaers dans (Morel et al, 2007) : « These recent and ongoing developments finally promise to deliver the best of both worlds: the planning ability of centralized older solutions and the ability to cope with the real-factory dynamics of the self-organizing multi-agent systems ». Notamment, (Thomas et al, 2008) montre la pertinence du concept de contrôle par le produit dans un contexte de production pilotée en Juste-à-Temps, en permettant de maintenir une vision globale du système et d'assurer la cohérence des décisions prises localement.<br />Les enjeux actuels du domaine sont donc la proposition de cadres de modélisation et de développement de système de production agiles, la preuve du concept et de l'efficience de tels systèmes à l'échelle industrielle et le transfert par application sur des cas réels du monde industriel.<br />Au sein du CRAN, l'équipe projet « Systèmes Contrôlé par le Produit » étudie l'opportunité d'allouer au produit un rôle actif dans l'organisation, assurant le lien entre l'exécution de la production et le pôle « business » de l'entreprise. Notre travail a été mené conjointement avec la thèse de Rémi Pannequin (Pannequin, 2007) dont l'objet était de démontrer la validité du concept de produit actif, en développant une plateforme multi-agents de contrôle par le produit et une architecture d'émulation, et avec la thèse de Hind El Haouzi (sera soutenue en 2008), qui exploite ce concept pour synchroniser les flux d'un ligne principale d'assemblage avec des lignes secondaires (feeders), dans un contexte de production unitaire. Par rapport à ces deux thèses, notre contribution s'appuie sur l'infotronisation des flux physiques pour aider à la gestion des différents points de découplage par rapport à un objectif global, dans un contexte de production de gros volumes batchés. <br />Nos travaux ont pour but d'étudier les nouvelles opportunités apportées par les technologies d'identification dans le pilotage des flux de production, et plus particulièrement les technologies d'identification automatique dans un système de production contrôlé en kanban. Plus particulièrement, dans le cadre d'une thèse CIFRE, nous adressons la problématique de gestion des flux de produits au sein de l'entreprise Parisot Meubles.<br />Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié le système de production dans son ensemble (système physique et système de pilotage), afin d'identifier les problématiques industrielles de pilotage de la production propres à Parisot Meubles. De ces problématiques industrielles, nous avons induit une problématique plus générale de recherche. Nous avons ensuite pu valider les propositions par l'application au cas industriel réel.<br />Ce travail a porté sur une étude des opportunités apportées par les nouvelles technologies de l'information sur les processus de pilotage de la production, ainsi que la proposition d'un système d'aide à la décision de pilotage des flux sur le terrain. L'architecture proposée s'appuie sur l'infotronisation du flux de kanbans, qui deviennent des « kanbans actifs » et assurent l'interopérabilité et la synchronisation entre un système de décision centralisé et les différentes entités décisionnelles distribuées, afin de coordonner l'ensemble des décisions. Ces propositions ont été validées à l'aide d'une architecture d'émulation, permettant d'utiliser un système de pilotage dans les conditions réelles. Par ailleurs, certaines structures proposées ont pu être validées sur le système de production réel. <br />Les contributions de ce travail de thèse reposent sur :<br />• la proposition d'une architecture d'évaluation par émulation de systèmes de pilotage de la production, à une échelle industrielle, ainsi que la méthode de construction.<br />• La proposition d'un système d'aide au pilotage de la production permettant d'assurer la cohérence globale du système de décision.

Le travail de thèse s'articule autour de deux études : étude de la réaction de spallation p+Au à 2.5 GeV et étude de la production neutronique en cibles épaisses. Ces deux études s'inscrivent dans un programme de recherche initié dans le cadre du projet de Source Européenne de Spallation (ESS) et du projet français de traitement des déchets radioactifs (GEDEON). A l'aide d'un dispositif expérimental très complet alliant un détecteur de neutrons à des détecteurs de particules chargées, tous deux d'efficacité supérieure à 80\%, nous avons pu étudier l'évolution du processus élémentaire de spallation en fonction de l'énergie déposée par le proton incident dans le noyau (énergie d'excitation). Nous avons ainsi montré le réalisme d'une description du processus en deux étapes et validé l'utilisation du code de cascade intra-nucléaire de J. Cugnon (INCL2.0) couplé à un code de désexcitation statistique (GEMINI). Les sections efficaces de production des particules chargées légères ont été mesurées et la contribution de l'émission de prééquilibre évaluée. La formation des particules composites ``directes'' a été ajoutée au code INCL2.0 à l'aide d'un modèle de coalescence. La production neutronique (multiplicités moyennes et distributions) a été étudiée en fonction de l'énergie du faisceau, de la géométrie de la cible et de la nature de la cible. Nous avons montré que le gain en neutrons, lorsque l'épaisseur de cible augmente, est dominé par la probabilité de réaction (pour des épaisseurs de cibles inférieures à 2 ou 3 longueurs d'interaction) et d'une façon moindre par le développement des réactions secondaires. Ces deux paramètres ont été étudiés séparément. Les données expérimentales ont été comparées aux résultats du code de transport HERMES, validant celui-ci pour l'émission de neutrons.

L'adsorption des gaz dans les solides micro/mésoporeux et la solubilisation des gazdans les liquides sont des phénomènes physiques très bien connus. En revanche, lasolubilisation des gaz dans un liquide confiné à l'intérieur d'un solide (système hybride) estun domaine très peu étudié, malgré des applications importantes, notamment dans l'extractiondu pétrole, les ciments ou encore les réacteurs catalytiques triphasiques. Nous avons montréexpérimentalement que la solubilité du CO2 et H2 augmente quand la taille de pores du solideest de l'ordre du nanomètre. Un des objectifs de cette thèse était d'optimiser le couple solidesolvant(système hybride) et les conditions de température et de pression pour augmenter lestockage de H2 pour les applications de stockages. Dans le système Aérogel/éthanol à 50 barset 0°C, la solubilité de H2 est 8,5 fois supérieure à la solubilité mesurée dans le liquide seul,représentant une masse de 6,2g d'hydrogène stocké par kg de solide. Le second objectif étaitde comprendre les paramètres clefs de ce phénomène apparent de " sursolubilité " dans lessystèmes hybrides. En comparant différents solides poreux (zeolithes, MOF, MCM, silice),nous avons montré le rôle majeur des propriétés d'interfaces. Les phénomènes desolubilisation ont été modélisés à l'échelle moléculaire par GCMC et validéesexpérimentalement. Il apparait que le mécanisme de sursolubilisation provient d'unestructuration en couche des molécules de solvants en interactions avec les parois dumésopore.

L'étude du couplage hybride entre les vibrations d'un résonateur mécanique et un degré de liberté quantique requiert une très grande sensibilité en force. Ceci a motivé le développement récent de nano-oscillateurs ultra-légers, qui constituent des sondes de force ultra-sensibles opérant désormais au niveau de l'attoNewton.Le premier volet de ce travail traite de l'habillage mécanique d'un nanofil suspendu de carbure de silicium, oscillant dans deux directions transverses. Son évolution Brownienne ou excitée dans un champ de force externe perturbe ses propriétés : fréquences et directions propres de vibration. Une technique de mesure optique des vibrations du nanofil en deux dimensions a été développée. Elle a permis, dans un premier temps, de cartographier un champ de force électrostatique, révélant une phénoménologie de l'habillage spécifique aux dimensions supérieures à un. En particulier, les composantes cisaillantes du champ induisent une rotation des directions propres de vibration. Dans un deuxième temps, la technique de mesure a été testée dans un champ de force optique, produit par un laser focalisé sur le nanofil, et qui contient une composante rotationnelle, non conservative. On rapporte l'observation d'une brisure de l'orthogonalité des modes propres, d'une distorsion et d'une amplification des spectres de mouvement Brownien, toutes en accord avec le modèle décrivant l'habillage mécanique du nanofil par ce champ de force externe non potentiel. A partir d'un protocole adapté à la multi-dimensionnalité du système, une déviation à la relation fluctuation-dissipation a également été mesurée : il s'agit d'une conséquence de la sortie de l'équilibre induite par la force optique non-conservative. L'étude des propriétés thermodynamiques du système suggère des corrections à la relation fluctuation-dissipation et prédit enfin un phénomène de compression du bruit thermique de l'oscillateur en champ de force rotationnel.Le deuxième volet de la thèse concerne le système hybride constitué d'un nanofil et d'un qubit de spin, un centre coloré NV du diamant attaché à son extrémité. Les propriétés optiques de cette source de photons uniques oscillante sont caractérisées à partir de la mesure de corrélations spatio-temporelles de la fluorescence du centre NV sur lesquelles les vibrations de l'oscillateur se retrouvent encodées. Nous avons ainsi développé un système de mesure du mouvement compatible avec de très faibles flux de photons, inférieurs en particulier au taux de décohérence mécanique. La dernière partie de ce manuscrit présente une étude préliminaire du couplage du spin-mécanique. Après l'observation d'un triplet de Mollow phononique, les développements expérimentaux de la première partie de la thèse ont été intégrés à une expérience hybride de seconde génération stabilisée amenant la mesure de force ultra-sensible à la portée du système hybride. / The study of the hybrid coupling between the vibrations of a mechanical resonator and a quantum degree of freedom requires extremely high force sensitivities. This was one of the motivations for the recent development of ultra-light nano-oscillators which are ultra-sensitive force probes now routinely operating at the attoNewton level.The first part of this work deals with the mechanical dressing of a silicon carbide suspended nanowire oscillating in two transverse directions. Its Brownian or driven evolution in an external force field modifies its mechanical properties: eigen-frequencies and eigen-directions of oscillation. An optical technique to measure the nanowire vibrations in two dimensions was developed. First, this technique enabled to map out an electrostatic force field, which revealed a dressing phenomenology specific to dimensions greater than one. In particular, shearing components of the force field are responsible for a rotation of the eigen-directions of vibration. Second, the measurement technique was tested in an optical force field applied by a laser focused on the nanowire. This field contains a rotational, non-conservative component. The reported experimental observations: eigenmodes orthogonality breaking, distorsion and amplification of Brownian motion spectra, are all in good agreement with the model of the mechanical dressing. Using a protocol adapted to the multidimensionality of the system, a deviation to the fluctuation-dissipation relation has also been measured, as a consequence of the non-conservative force bringing the system out of equilibrium. The study of this system's thermodynamic properties suggests corrections to the fluctuation-dissipation relation and predicts a squeezing of the oscillator's thermal noise in rotational force fields.The second part of the thesis concerns the hybrid system composed of a nanowire and a spin qubit: a colored NV center in diamond bound to its extremity. The optical properties of this oscillating single photon source are characterized through the measurement of space-time fluorescence correlations on which the oscillator's vibrations are encoded. We then developed a motion measurement technique compatible with very low photon fluxes, in particular inferior to the mechanical decoherence rate. The last part of the manuscript presents a preliminary study of the spin-mechanical coupling. After the observation of a phononic Mollow triplet, the experimental developments of the first part of the thesis were integrated in a second-generation stabilized hybrid experiment bringing the ultrasensitive force measurement within the reach of the hybrid system.

La thèse est une contribution à la réduction de la consommation d'énergie primaire et à une meilleure utilisation des sources d'énergie renouvelables dans le cadre des systèmes de refroidissement utilisés dans le bâtiment. Après un état de l'art sur les systèmes de refroidissement, un modèle dynamique d'un système de rafraîchissement solaire à base de machine à absorption est développé et simulé. Ensuite, un facteur d'efficacité pour comparer la pertinence de ce système dans différentes régions du monde est défini. Dans la troisième partie, la notion des systèmes de refroidissement hybride -une méthode efficace contribuant à la réduction de la consommation d'énergie primaire- est présentée. Puis, les systèmes hybrides de refroidissement sont classés en catégories et sont comparés avec les systèmes de refroidissement individuels. Ensuite, un schéma permettant de sélectionner le meilleur système de refroidissement hybride dans des conditions données est proposé. Dans la dernière partie, une méthode de dimensionnement d’un système hybride à base d’énergies renouvelables est établie. Ainsi, le dimensionnement est réalisé en tenant compte de la région spécifique d’utilisation. Pour ce faire, un système de refroidissement hybride, conçu pour une maison standard, est modélisé puis simulé en utilisant le logiciel Trnsys. Finalement, et pour illustrer la méthode proposée, la problématique de dimensionnement est considérée pour deux régions différentes du globe; à savoir Marseille-France et Beyrouth-Liban. Le but est d’évaluer les performances de la méthode, à travers des données effectives, pour diverses conditions climatiques, prix des composants et tarif d'électricité. / This thesis is a contribution towards the reduction of primary energy consumption and a better use of the renewable energy sources within the cooling system for building use. After a state of the art of the cooling machines for building use, a dynamic model for a solar absorption cooling system is developed and simulated. Then, an effectiveness factor (EF) for the comparison of solar absorption chiller suitability in different locations is defined. In the third chapter, the concept of hybrid cooling system -an efficient method contributing to the reduction of primary energy consumption- is presented. Hybrid cooling systems are categorized and reviewed, with the improvement achieved compared to standalone technologies. Then, a scheme for the selection of the best hybrid cooling system for given conditions is proposed. In the last part, an optimal sizing method that defines, in a specific region, a hybrid cooling energy system, economically feasible with maximum renewable energy share is presented. Thereby, the sizing method is performed taking into account the region where it will be used. For this purpose, a hybrid cooling system, used for a standard residential house, is designed. The system is modeled and simulated using a transient system simulation program, called Trnsys. Finally, the problem of sizing is studied for different case studies; namely Marseilles-France and Beirut-Lebanon. The aim is to assess the proposed method according to diverse climatic conditions, component prices and electricity costs.

Cette thèse propose la méthodologie de dimensionnement optimal pour optimiser la configuration de système d'énergie hybride. Pour cela, nous utilisons une approche pour la génération de base de règles floues et une optimisation automatiques au moyen d'algorithme génétique et d'un PSO adaptés avec le floue. Ces algorithmes nous permet d'obtenir le nombre optimal de panneaux photovoltaïques, d'éoliennes et des batteries, minimisant le coût total du système et garantissant la disponibilité permanente de l'électricité pour couvrir les besoins énergétiques. L'historique horaire de vitesse du vent, d’ensoleillement, sont utilisés pour modéliser la production des éoliennes, la production photovoltaïque et de charge. Le coût total est la fonction objective et la taille technique est une contrainte. / This thesis proposes the optimum sizing methodology to optimize the configuration of hybrid energy system. For this, we use an approach for automatic fuzzy rule base generation and optimization by means of Fuzzy-Adaptive Genetic Algorithm and fuzzy adaptive PSO. This Algorithms allows us to obtain the optimal number of photovoltaic panels, wind turbines and storages units, ensuring the minimal global high efficiency system total cost and guaranteeing the permanent availability of energy to cover the load energy requirements. Historical hourly wind speed, solar irradiance and load data are used to stochastically model the wind turbines, photovoltaic generation and load. The total cost is the objective function and the technical size is a constraint.

Cette thèse porte sur la réalisation d'un processeur quantique hybride, dans lequel les degrés de liberté collectifs d'un ensemble de spins sont utilisés comme une mémoire quantique multimode pour les qubits supraconducteurs. Nous concevons un protocole capable de stocker et de récupérer à la demande les états d'un grand nombre de qubits dans un ensemble de spin et nous démontrons les briques de bases des opérations mémoires avec des centres NV dans le diamant. Le protocole repose sur le couplage des spins à un résonateur à fréquence et facteur de qualité accordable. Les états quantiques sont écrits par absorption résonante d'un photon micro-ondes dans l'ensemble de spins, et lus par application d'une séquence d'impulsions aux spins. L'étape d'écriture du protocole est démontrée dans une première expérience dans laquelle sont intégrés sur la même puce un qubit supraconducteur, un résonateur à fréquence accordable, et l'ensemble de spins. Les états du qubit sont stockés dans les spins via le résonateur. Après le stockage, l'état quantique collectif qui en résulte est rapidement déphasé en raison de l'élargissement inhomogène de l'ensemble et une séquence de refocalisation doit être appliquée sur les spins pour déclencher la réémission collective comme un écho de l'état quantique initialement absorbé. Dans une seconde expérience, nous démontrons une brique de base importante de cette opération de lecture, qui consiste à récupérer de multiples impulsions micro-ondes classiques au niveau du photon unique en utilisant des techniques d’écho de Hahn. Enfin, le repompage optique des spins est implémenté afin de réinitialiser la mémoire entre deux séquences successives. / This thesis work discusses the development of a hybrid quantum processor, in which collective degrees of freedom of an ensemble of spins are used as a multimode quantum memory for superconducting qubits. We design a memory protocol able to store and retrieve on demand the state of a large number of qubits in a spin ensemble and we demonstrate building blocks of its operations with NV centers in diamond. The protocol relies on the coupling of the NV ensemble to a resonator with tunable frequency and quality factor. Incoming quantum states are written by resonant absorption of a microwave photon in the spin ensemble, and then read out of the memory by applying a sequence of control pulses to the spins and to the resonator. The write step of the protocol is demonstrated in a first experiment by integrating on the same chip a superconducting qubit, a resonator with tunable frequency, and the NV ensemble. Arbitrary qubit states are stored into the spin ensemble via the resonator. After storage, the resulting collective quantum state is rapidly dephased due to inhomogeneous broadening of the ensemble and a refocusing sequence must be applied on the spins to bring them to return in phase and to re-emit collectively the quantum state initially absorbed as an echo. In a second experiment, we demonstrate an important building block of this read-out operation, which consists in retrieving multiple classical microwave pulses down to the single photon level using Hahn echo refocusing techniques. Finally, optical repumping of the spin ensemble is implemented in order to reset the memory in-between two successive sequences.