This study mainly explores the development of alternative cathode materials for the electrochemical reduction of CO₂ by high temperature solid oxide electrolysis cells (HTSOECs), which operate in the reverse manner of solid oxide fuel cells (SOFCs). The conventional Ni-yttria stabilized zirconia (YSZ) cermets cathode suffered from coke formation, whereas the perovskite-type (La, Sr)(Cr, Mn)O₃ (LSCM) oxide material displayed excellent carbon resistance. Initial CO₂ electrolysis performance tests from different cathode materials prepared by screen-printing showed that LSCM based cathode performed poorer than Ni-YSZ cermets, due to non-optimized microstructure. Efforts were made on microstructure modification of LSCM based cathodes by means of various fabrication methods. Among the LSCM/YSZ graded cathode, extra catalyst (including Pd, Ni, CeO₂, and Pt) aided LSCM/GDC (Gd₀.₁Ce₀.₉O₁.₉₅) cathode, LSCM impregnated YSZ cathode, and GDC impregnated LSCM cathode, the GDC impregnated LSCM cathode, with porous LSCM as backbone for finely dispersed GDC nanoparticles, was found to possess the desired microstructure for CO₂ splitting reaction via SOEC. Incorporating of 0.5wt% Pd into GDC impregnated LSCM cathode gave rise to an Rp of 0.24 Ω cm² at open circuit voltage (OCV) at 900°C in CO₂-CO 70-30 mixture, comparable with the Ni/YSZ cermet cathode operated in the identical conditions. Meanwhile, the cathode kinetics and possible mechanisms of the electrochemical reduction of CO₂ were studied, and factors including CO₂/CO composition, operation temperature and potential were taken into account. The current-to-chemical efficiency of CO₂ electrolysis was evaluated with gas chromatography (GC). The high performance Pd and GDC co-impregnated LSCM cathode was also applied for CO₂ electrolysis without protective CO gas in feed. This cathode also displayed superb performance towards CO₂ electrochemical reduction under SOEC operation condition in CO₂/N₂ mixtures, though it had OCV as low as 0.12V at 900°C. The LSCM/GDC set of SOEC cathode materials were investigated in the application of steam electrolysis and H₂O-CO₂ co-electrolysis as well. For the former, adequate supply of steam was essential to avoid the appearance of S-shaped I-V curves and limited steam transport. The 0.5wt% Pd and GDC co-infiltrated LSCM material has been found to be a versatile cathode with high performance and good durability in SOEC operations.

Un modèle numérique d’un arc électrique diffus dans un disjoncteur à vide à champ magnétique axial (AMF) a été développé dans le but de mieux comprendre à terme la transition d’un mode de fonctionnement diffus de l’arc vers un mode plus concentré. Le comportement du plasma d’arc a été simulé depuis la sortie de la zone de mélange cathodique jusqu’à l’entrée de la gaine anodique. Le modèle bidimensionnel est basé sur un système d’équations hydrodynamiques à deux fluides non magnétisés (ions et électrons), incluant les équations de conservation d’énergie ionique et électronique. Il est démontré que les processus d’ionisation et de recombinaison et les effets visqueux sont négligeables. Les transferts radiatifs ne sont pas considérés en première approximation. Outre les forces dues au champ AMF, le modèle inclut les forces dues aux trois composantes du champ magnétique induit par l’arc. Deux régimes d’écoulement des ions, supersonique (aux faibles densités de courant) et subsonique (aux fortes densités de courant), sont considérés. Près de la cathode, les conditions aux limites sont spécifiées à partir de résultats de la littérature. A proximité de l’anode, elles sont basées sur une description simplifiée de la gaine anodique. Les résultats de simulation présentés mettent en évidence une constriction du courant et un comportement différent des ions aux faibles et aux fortes densités de courant, et renseignent sur l’influence de divers paramètres (intensité du courant, distance interélectrode). Ce travail présente également une étude expérimentale, basée sur des visualisations par vidéo rapide de l’arc et des mesures pyrométriques de la température de la surface de l’anode / A model of a diffuse arc in a vacuum circuit breaker with an axial magnetic field (AMF) has been developed with the ultimate aim to better understand the transition of the arc from a diffuse mode to a more confined mode. The interelectrode plasma is simulated from the exit of the mixing region on the cathode side to the entrance of the anode sheath. The two-dimensional model is based on the solution of a system of two-fluid (ions and electrons) hydrodynamic equations, including in particular the energy balance equations relative to both the ions and the electrons, which are treated as non-magnetized particles. It is demonstrated that ionisation and recombination processes, as well as viscous effects, can be neglected. Radiation losses are not taken into account in a first approximation. In addition to the forces due to the AMF, the model considers the forces created by the three components of the magnetic field induced by the arc current. The possibility of both supersonic (at low current density) and subsonic (at high current density) ionic flow regimes is considered. On the cathode side, the boundary conditions are specified using results from the literature. On the anode side, they are based on a simplified description of the anode sheath. The simulation results presented show a constriction of the current lines, emphasize the differences in the behaviour of the ions at low and high current densities, and provide some insight on the influence of various operating parameters (arc current, gap length). The present work comprises also an experimental study, based on high-speed camera visualisations of the arc and measurements of the temperature at the anode surface

Ce travail de thèse porte sur l’étude de nouveaux phénomènes vibratoires dans les systèmes Nano-électromécaniques (NEMS) conçus à partir de nanofils (NFs) SiC ou de nanotubes de carbone (NCs) résonants. La configuration encastré-libre permet d'effectuer l'émission de champ (EC) pour caractériser nos échantillons et notamment mesurer le module de Young et le facteur de qualité (Q) de nos NEMS. Le chauffage du résonateur permet d'accroître fortement la valeur de Q des nanofils SiC (Qmax = 159 000). Les auto-oscillations observées sous EC sont obtenues seulement par l'application d'une tension continue et permettent un taux de conversion AC/DC de l'ordre de 50%. L'utilisation de NFs très résistifs couplée au courant d'EC est indispensable pour engendrer ces oscillations spontanées. La réalisation d'une nanoradio sous EC permet la démodulation d'un signal AM ou FM grâce à la résonance d'un NC. Nous décrivons une méthode originale pour exciter les vibrations d'un NF à partir du faisceau d'électrons d'un microscope électronique. L'évolution de la charge au bout du NF est la principale cause de ces auto-oscillations. La configuration encastré-encastré consiste à obtenir un transistor à base de NCs suspendus. Les composants sont caractérisés électriquement et mécaniquement dans un testeur sous pointe sous ultra vide à partir de techniques dites de mixing. La fréquence de résonance de ces échantillons est de l'ordre de 100 MHz et la démodulation d'un signal FM est réalisée pour la première fois dans cette configuration de NEMS. Pour l'ensemble des phénomènes découverts et traités dans ce manuscrit, un modèle et les simulations qui en découlent sont présentés et commentés / This thesis focuses on new phenomena in the mechanical resonances of SiC nanowires (NWs) and carbon nanotubes (CNs) of interest for the emerging field of nano-electro-mechanical systems (NEMS). The clamped-free confiuration allowed the study of our nanowire and nanotube samples by field emission (FE), including measuring the Young's modulus and the quality factor (Q). Heating NW resonators significantly increased their Q factor (Qmax = 159 000). Self-oscillations were observed during FE where only a DC voltage was applied, thus allowing DC/AC conversion with a rate of up to » 50%. Using highly resistive NWs coupled with FE current was required to generate these spontaneous oscillations. Achieving a nanoradio under FE allowed the demodulation of AM or FM signals through the mechanical resonance of CNs. We describe a new method to excite vibrations of a NW from the electron beam of an electron microscope. The evolution of the charge at the end of NW is the main source of these self-oscillations. The clamped-clamped configuration consists of a transistor based on suspended CNs. The devices are characterized electrically and mechanically in a probe station under ultrahigh vacuum with mixing techniques. The resonance frequencies of these samples was around 100 MHz. The demodulation of an FM signal was achieved for the first time in this NEMS configuration. For all the phenomena discovered and treated in this manuscript, a model and derived simulations are described and discussed

Vers la fin du 19ème siècle, le moine et réformateur hindou Swami Vivekananda affirma que la science moderne convergeait vers l'Advaita Vedanta, un important courant philosophique et religieux de l'hindouisme. Au cours des décennies suivantes, suite aux apports scientifiques révolutionnaires de la théorie de la relativité d'Einstein et de la physique quantique, un nombre croissant d'auteurs soutenaient que d'importants "parallèles" pouvaient être tracés entre l'Advaita Vedanta et la physique moderne. Encore aujourd'hui, de tels rapprochements sont faits, particulièrement en relation avec la physique quantique. Cette thèse examine de manière critique ces rapprochements à travers l'étude comparative détaillée de deux concepts: le concept d'akasa dans l'Advaita Vedanta et celui de vide en physique quantique. L'énoncé examiné est celui selon lequel ces deux concepts pointeraient vers une même réalité: un substratum omniprésent et subtil duquel émergent et auquel retournent ultimement les divers constituants de l'univers. Sur la base de cette étude comparative, la thèse argumente que des comparaisons de nature conceptuelle favorisent rarement la mise en place d'un véritable dialogue entre l'Advaita Vedanta et la physique moderne. Une autre voie d'approche serait de prendre en considération les limites épistémologiques respectivement rencontrées par ces disciplines dans leur approche du "réel-en-soi" ou de la "réalité ultime." Une attention particulière sera portée sur l'épistémologie et le problème de la nature de la réalité dans l'Advaita Vedanta, ainsi que sur le réalisme scientifique et les implications philosophiques de la non-séparabilité en physique quantique. / Toward the end of the 19th century, the Hindu monk and reformer Swami Vivekananda claimed that modern science was inevitably converging towards Advaita Vedanta, an important philosophico-religious system in Hinduism. In the decades that followed, in the midst of the revolution occasioned by the emergence of Einstein's relativity and quantum physics, a growing number of authors claimed to discover striking "parallels" between Advaita Vedanta and modern physics. Such claims of convergence have continued to the present day, especially in relation to quantum physics. In this dissertation, an attempt is made to critically examine such claims by engaging a detailed comparative analysis of two concepts: akasa in Advaita Vedanta and vacuum in quantum physics. What is examined is the claim that both concepts would refer to the same reality — an enduring, subtle and all-pervading physical substratum out of which the constituents of the world come into existence and to which they ultimately return. Based on this study, the dissertation argues that comparisons relying on conceptual affinities alone generally fall short of establishing a productive dialogue between Advaita Vedanta and modern physics. Another approach is to bring into focus the epistemological limits respectively encountered by these systems when attempting to define the content of "reality-in-itself" or "ultimate reality." Emphasis is given to epistemology and the problem of reality in Advaita Vedanta, and scientific realism and philosophical implications of nonseparability in quantum physics.

Les expériences de spectroscopie ont été réalisées en collaboration avec Jean-François Allard du groupe de Denis Morris de l'Université de Sherbrooke. / Le présent projet de maîtrise a pour but d’étudier les interactions optiques des films de nanotubes de carbone (FNTCs) avec les ondes THz. Des expériences d’absorption térahertz faites par spectroscopie THz dans le domaine temporel ont été entreprises sur les films dont l’épaisseur varie. Les films d’épaisseurs allant de 14 à 145 nm, sont des couches minces de nanotubes de carbone (NTCs) empilés les uns sur les autres et sont déposés sur substrats (GaAs et silicium). Une caractérisation comparative des épaisseurs des films est entreprise dans un premier temps par AFM et par ellipsométrie spectroscopique. À cause de la rugosité de la surface et de porosité des films qui compliquent les interactions de la lumière avec les films, les épaisseurs déterminées par AFM sont gardées au détriment de celles d’ellipsométrie. La relation entre les épaisseurs mesurées par AFM en fonction des épaisseurs nominales s’est révélée linéaire. Les couleurs des FNTC sont aussi caractérisées en fonction de leurs épaisseurs. L’expérience d’absorption THz sur les films consiste à enregistrer la transmission d’une impulsion THz à large bande à travers les échantillons. Sur les spectres, on détecte aussi l’impulsion de réflexion, l’écho de réflexion de l’impulsion principale THz à l’intérieur du substrat séparé par un délai temporel. La diminution du pic de l’impulsion principale THz en fonction de l’épaisseur est non linéaire et atteint une saturation pour les films les plus épais. Ce résultat est en lien direct avec les mesures quatre pointes de conductivité dc des films où l’inverse de la résistivité de feuille sature à partir des mêmes épaisseurs de film. L’écho de réflexion de l’impulsion principale à l’intérieur du substrat perd de l’amplitude plus rapidement en fonction de l’épaisseur à cause de près de deux passages supplémentaires de l’impulsion dans le film au moment de la réflexion. Finalement, une disparition de l’impulsion de réflexion à une épaisseur particulière de film (100 nm pour le GaAs et 60 nm pour le Si) démontre les propriétés antiréfléchissantes des FNTCs. / In the present masters project, the goal is to study the optical interactions of carbon nanotube films (CNTFs) with terahertz (THz) waves. The THz absorption experiments made by time domain THz spectroscopy have been undertaken on thickness-variable films. CNTFs, which have their thicknesses range from 14 to 145 nm, are thin CNT layers that are piled one on another are deposited on a substrate (GaAs or silicon). First, a comparative characterization of film thicknesses is undertaken with AFM and with spectroscopic ellipsometry. Because of surface rugosity and film porosity which has the effect of complexifying the interaction of light with the films, AFM thicknesses are held for the rest of the analysis instead of those determined with ellipsometry. AFM measured thicknesses scale linearly with respect to nominal thicknesses that are proportional to the CNT density. CNTFs’ colors reveal to be correlated with their thicknesses. THz absorption experiments consist of taking the transmission spectrum of a broad band THz pulse through the samples. On the spectra, we also detect the reflection pulse, which is the echo of the main THz pulse inside the substrate separated by a time delay. The decrease of the main THz pulse with respect to the film thickness is non linear and reaches a saturation plateau for the thickest films. This finding is in direct relationship with four-point probe sheet conductivity measurements made on the films where a saturation is also observed from the same thicknesses. The reflection pulse loses amplitude more rapidly as the film thickness increases because of two additional wave passages in the film during reflection. Lastly, a quenching of the reflection pulse which is observed at a particular film thickness (100 nm for GaAs and 60 nm for silicon) demonstrates antireflection properties for the CNTFs.

Le nettoyage des systèmes de Chauffage, Ventilation et Climatisation de l’Air est important pour assurer une bonne qualité d’air intérieur. Le déclenchement de leur nettoyage est basé sur une inspection visuelle qui ne tient pas compte du contenu en moisissures, lesquelles ont des effets sur le système respiratoire. Cette recherche vise à proposer une méthode d’évaluation du contenu en moisissures afin d’aider les gestionnaires d’immeuble. Cinq générations de poussières ont été effectuées pour simuler un conduit de ventilation. Une cassette modifiée 37 mm et un filtre CPV pré-pesés ont utilisés pour collecter les poussières déposées avec une pompe calibrée à 15L/min. Les pourcentages de collecte des cassettes et des filtres ont été calculés pour 54 échantillons. Dix générations supplémentaires de poussières ont été effectuées concomitamment avec la génération de spores. Soixante échantillons ont été analysés selon quatre méthodes : culture, comptage direct des spores par microscopie (CDSM), dosage de β-N-acétylhexosaminidase (NAHA), 18S-q-PCR. La limite de détection (LD), la réplicabilité, la répétabilité, le nombre de spores et le coefficient de corrélation (r) ont été déterminés. Les récupérations de poussières étaient supérieures à 84%. Selon la méthode analytique, les concentrations médianes de spores/100 cm² allaient de 10 000 à 815 000. Les LD variaient dépendamment de la méthode de 120 à 218 000 spores/100 cm² et r de -0,08 à 0,83. La réplicabilité et la répétabilité étaient de 1% et 1% pour PCR; 5% et 10% pour CDSM; 6% et 15% pour NAHA; 12% et 11% pour culture. La méthode de collecte a démontré une excellente efficacité de récupération. La PCR est la méthode analytique recommandée pour l’évaluation fongique des systèmes de ventilation. Une validation terrain est en cours. / Cleaning systems for Heating Ventilation and Air Conditioning is important to ensure good indoor air quality. The outbreak of their cleaning is based on a visual inspection does not take into account the content molds, which have effects on the respiratory system. This research aims at providing a mold content of the assessment methodology to help building managers. Five dust generations were made in an exposition chamber mimicking a HVAC duct system. A modified 37-mm cassette with a pre-weighed PVC filter was used to collect the settled dust at a flow rate of 15L/min. Particles recovery percentages collected by the cassettes and those deposited on the filters were calculated for 54 samples. Ten other generations were performed with dust using different levels of mold spores. Sixty samples were analyzed with four methods : culture on Malt Extract Agar, direct microscopic spores count (DMSC), Beta-N-Acetylhexosaminidase assay (NAHA) and 18S-q-PCR assay. The detection limit (DL), replicability, repeatability, the number of spores and correlation coefficient (r) were determined. The recovery percentages were greater than 84%. According methods, the median concentration of spores/100 cm² ranged from 10,000 to 815,000. The DL varies depending on the method from 120 to 218,000 spores/100 cm² and from -0.08 to 0.83. Replicability and repeatability were 1% and 1% for PCR, 5% and 10% for DMSC, 6% and 11% for NAHA, 12% and 11% for culture. The sampling method showed excellent dust collection efficiency. The PCR method is recommended for fungal evaluation of ventilation systems. A field validation is underway.

The effects of metastable tetragonal zirconia on the properties of Ordinary Portland Cement were observed during which the effect of crystallite size pH on the preparation solution, precursor salt, and the presence of co-precipitates, Fe(OH)3, SnO2 and SiO2 on the crystallization temperature, enthalpy and crystal structure, immediately following the crystallization exothermic burst phenomenon in ZrO2 were measured. Thermal analysis and x-ray methods were used to determine crystallite sizes and structures immediately following the exothermic burst. Comparisons were made for zirconias prepared from oxychloride, chloride and nitrate solutions. The existence of tetrameric hydroxidecontaining ions in oxychloride precursor is used to rationalise low values of crystallization enthalpy. The position of the crystallization temperature, Tmax was not dependent on crystallite size alone but also on the pH at which the gel was made, the surface pH after washing, and the presence of diluent oxides. Enthalpy v r1/2 and Tmax v (diluent vol)1/3 relationships indicate that surface coverage effects dominate a surface nucleated phenomenon. The data established for ZrO2 systems was used to develop tetragonal-ZrO2-SnO2 powders capable of improving the mechanical properties of Ordinary Portland Cement discs. The ZrO2-OPC discs were prepared by powder mixing, water hydration and uniaxial pressing. Vicat needle tests showed that tetragonal-ZrO2 increases the initial setting rate. Microscopy indicated that porosity distribution changes near to ZrO2 particles. Zirconia has also been introduced into OPC discs by vacuum infiltration methods developed for solutions and colloidal suspensions. Comparisons between OPC discs and the OPCtetragonal ZrO2 composites have been made on the basis of diametral compression strength, Young’s modulus, hardness and toughness (K1c), as estimated by the cracked indentation method. Bell-shaped curves are found for the way the mechanical properties are changed as a function of Zirconia content.

The theme of the master´s thesis is design a microphone preamplifier which uses vacuum tube as a main amplifying element. Part of the work is theoretical assumptions for the optimal design and implementation of peripheral involvement, comparing the properties of components used and the resulting parameters of modeled device. The thesis also includes a proposal of the source unit for supplying all parts of the preamplifier. The results are accompanied by circuit simulations and laboratory measurements of the main parameters of the designed device.

The theme of the master´s thesis is design a microphone preamplifier which uses vacuum tube as a main amplifying element. Part of the work is theoretical assumptions for the optimal design and implementation of peripheral involvement, comparing the properties of components used and the resulting parameters of modeled device. The thesis also includes a proposal of the source unit for supplying all parts of the preamplifier. The results are accompanied by circuit simulations and laboratory measurements of the main parameters of the designed device.

Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3) deGrenoble en collaboration avec le groupe Thalès avec pour objectif le développement d’une nouvellegénération de plasmas micro-onde fonctionnant sur une gamme de pression étendue allant de 0,5 mtorrà 10 torr en argon. La travail présenté porte donc en : i) la conception des applicateurs basés sur destronçons de longueur λ/4 faisant office de transformateurs d’impédance entre le générateur et leplasma d’impédance supposée donnée (adaptation d’impédance approchée); ii) la déterminationexpérimentale de l’impédance réelle du plasma (partie réelle et partie imaginaire) par mesure dumodule et de la phase du coefficient de réflexion dans des conditions opératoires définies; iii) leredimensionnement des différents tronçons de l’applicateur par simulation numérique en tenantcompte de l’impédance réelle du plasma; iv) la validation expérimentale de l’adaptation d’impédanceentre générateur et plasma. Les résultats obtenus démontrent clairement qu’il est possible, à fréquencedonnée (2.45 GHz dans le cas présent), de concevoir et de dimensionner une source plasma avec uneefficacité énergétique supérieure à 80% pour des fenêtres en pression (d’au moins une décade)équivalentes à des fenêtres opératoires en termes de paramètres plasma. Ces sources individuelles àabsorption localisée de micro-ondes peuvent être utilisées en nombre pour la réalisation des plasmasuniformes de grandes dimensions par leur distribution selon des réseaux à deux dimensions (sourcesplanes) ou à trois dimensions (volumes de plasma), et donc pour des applications industrielles auxtraitements de surface. / This work was done in the « Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3,Grenoble) » during a collaboration with Thales. The aim of the project was the development of a newgeneration of microwave plasma with extended operating conditions in the pressure range 0.5 mtorr to10 torr in argon. The presented work consists of: i) designing applicators based on sections of λ/4length serving as impedance transformers between the generator and the plasma with impedance ofgiven assumed value (approximate impedance adaptation); ii) experimentally determine the realplasma impedance (the real part and the imaginary part) for given operating conditions from themeasurement of modulus and phase of the reflection coefficient S11; iii) resize the different sections ofthe applicator by digital simulation taking the real plasma impedance into account; iv) finally, verifyexperimentally that the impedance adaptation between the generator and the plasma is correct. Theobtained results clearly demonstrate that it is possible, at a given frequency (here 2.45 GHz), to designand size a plasma source with an efficiency greater than 80 % for a window in pressure (at least onedecade) equivalent to an operating window in terms of plasma parameters. These individual sourceswith localized absorption of microwaves can be used in numbers to achieve uniform plasmas via theirdistribution over two-dimensional (planar sources) or tri-dimensional (volume plasma) networks, andthus for industrial surface treatments.