Cette thèse est dédiée à l'étude expérimentale et numérique des phénomènes de condensation dans un pressuriseur de chaufferie nucléaire embarquée conçu par l'entreprise DCNS. Au sein du système est observé un écoulement diphasique avec changement d'état, descendant dans un tube vertical partiellement immergé dans du liquide. Le liquide sous-refroidi s'écoule dans le tube sous l'effet de la gravité en entrainant de la vapeur saturée qui se condense à son contact. Dans un premier temps, l'étude des phénomènes de condensation est réalisée sur un banc expérimental dont la conception, le dimensionnement, la réalisation et l'exploitation ont été effectués au cours de cette thèse. Le dispositif est une version simplifiée à l'échelle 1 du système réel. Cette étude expérimentale a permis d'identifier les régimes d'écoulements diphasiques présents dans le système et d'analyser l'impact de trois paramètres : le débit de liquide injecté, le sous-refroidissement de ce liquide à l'entrée du tube et la pression en sortie de tube. Par ailleurs, l'étude propose un modèle déterminant les conditions pour laquelle le tube d'essais est complètement noyé, ce qui minimise les phénomènes de condensation. Dans un second temps, une simulation numérique de l'écoulement diphasique est réalisée par CFD sur ANSYS Fluent à l'aide du modèle " Volume Of Fluid ". La prise en compte de la condensation de la vapeur au contact du liquide sous-refroidi a nécessité le développement, grâce aux fonctions utilisateur du logiciel, d'un modèle spécifique s'appuyant sur un modèle de la littérature. Les résultats obtenus ont permis de reproduire qualitativement le déversement du liquide observé expérimentalement en entrée de tube ainsi que la condensation de la phase vapeur au contact de la phase liquide. / This thesis focuses on condensation phenomena occurring in a patented system designed by DCNS Company. The system ensures pressure regulation of nuclear boiler rooms embarked in naval vessels. Within the system occurs a downward liquid/vapor flow with phase change in a partially submerged vertical pipe. Subcooled liquid flows into the pipe and induce a suction of saturated vapor which condense in contact with liquid phase. This study aim to understand the physical phenomena occurring in the system and to simulate these phenomena. First, the condensation phenomena are studied with a test loop which conception, dimensioning, realization and exploitation were realized during this study. The experimental study identified the flow regimes occurring in the system and analyzed the impact of three parameters: the liquid flow rate, the liquid subcooling and the pressure at the system outlet. This study also proposed a simple model which determine the necessary conditions to completely drown the pipe, which minimize condensation phenomena. Thereafter, the numerical simulation of the two-phase flow was realized by CFD on ANSYS Fluent with the "Volume of Fluid" model. The condensation simulation was achieved by applying a condensation model used in literature. This model was added to the numerical code with User-Defined Functions (UDF). The simulation reproduced the weir regime flow at the pipe entrance and the vapor condensation inside the pipe.

Cette thèse est financée par Total et par l’agence nationale de la recherche (ANR), elle s’inscrit dans le cadre du projet SIGARRR (simulation de l’impact des gaz annexes injectés avec le CO2 pendant le stockage géologique sur la réactivité des roches réservoirs). L’objectif de la thèse est d’acquérir expérimentalement des points de solubilité du CO2 dans des solutions aqueuses salées de chlorure de sodium et de chlorure de calcium dans des conditions de hautes températures (323K < T < 423K) et hautes pressions (5 MPa < P < 20 MPa) à des salinités élevées (1 à 6 mol/kg).Suite à une synthèse bibliographique sur les techniques expérimentales utilisées pour la détermination de la solubilité du dioxyde de carbone dans les solutions aqueuses, trois méthodes de caractérisation ont été expérimentées :  Analyse de la phase aqueuse par chromatographie ionique (analyse en ligne) Estimation de la solubilité à l’aide des bilans matière, des quantités de corps pures injectés initialement dans l’autoclave et des paramètres expérimentaux (masse volumique de la phase liquide, volume molaire de la phase gaz à l’équilibre, volume total de l’autoclave…). Piégeage d’un échantillon liquide dans la soude puis dosage. Une étude de sensibilité a été réalisée sur la méthode d’estimation de solubilité par bilan matière. Cette étude a permis d’identifier le niveau de précision de la mesure du volume de l’autoclave afin d’obtenir des estimations de solubilité fiables et précises à haute pression. Pour la dernière méthode expérimentée (piégeage dans la soude puis dosage), un protocole d’échantillonnage, et deux protocoles d’analyses (titrations) ont été développés ; les échantillons des systèmes CO2-H2O et CO2-H2O-NaCl ont été analysés par dosage pH-métrique et les échantillons des systèmes CO2-H2O-CaCl2 ont été analysés par dosage conductimétrique. 84 points de solubilité ont été obtenus au cours de ce travail dont 45 points complétement originaux. Les données expérimentales obtenues ont été comparées avec les résultats de simulations réalisées par le logiciel PHREEQC avec une base de données Pitzer.dat. Le ‘’salting out effect’’ observé a été évalué pour chaque système dans toutes les conditions de températures et pressions étudiées. / This work was supported by Total and ‘’Agence National de la recherche’’ as a part of SIGARRR project (Simulation of the impact of annex gases co-injected with CO2 during its geological storage on the Reservoir-Rocks Reactivity. The aim of the thesis was to obtain experimental CO2 solubility data in salty aqueous solutions of sodium chloride and calcium chloride at different molalities (1, 3 and 6 mol/kg) under high temperature (323K < T < 423K) and high pressure (5 MPa < P < 20 MPa).Following a bibliographical study on experimental methods used for the carbon dioxide solubility determination, three characterization methods were tested: Aqueous phase analysis by ion chromatography Solubility estimation from mass balance, amounts of CO2 and liquid initially loaded into the cell and experimental parameters (density of liquid phase, molar volume of gas phase, and total volume of the equilibrium cell…). A liquid sample trapping in sodium hydroxide solution followed by a titrationA sensitivity study was carried out on the Solubility estimation method from mass balance. This study identified the level of accuracy of autoclave volume measurement to obtain reliable and accurate solubility data high-pressure.A sampling protocol was developed to withdraw aqueous samples and trap them into soda solution at high pressure. Two titration procedures were set up; liquid samples of CO2-H2O and CO2-H2O-NaCl systems were analyzed by potentiometric titration and samples of CO2-H2O-CaCl2 system were analyzed by conductimetric titration. 84 solubility data were obtained during this study, which include 45 new experimental data. Experimental measurement were compared to the results of simulation performed with PHREEQC software using a ‘’Pitzer.dat’’ database.The salting out effect observed was evaluated for each system under all temperature and pressure conditions.

L’utilisation de coproduits en tant que matière première provenant d’une autre voie industrielle, fait qu’il n’est plus considéré comme « déchet ». Leur valorisation est donc un axe de développement pour les entreprises agronomiques et agroalimentaires. Cependant, leur nouveau statut de « matière première » entraîne des contraintes pour les industriels.Celles-ci sont diverses selon les voies de destination : sanitaires, toxicologiques …Ce travail s’intéresse à deux coproduits issus de filières différentes de transformation végétale :(1) l’épiderme de pomme, comme source d’antioxydants. Leur valorisation passe par l’emploi de matières premières peu traitées d’un point de vue phytosanitaire qui pourront être a priori plus contaminées par des flores diverses.(2) Les broyats de végétaux issus de la culture céréalière comme matière première de produits biosourcés. Ils présentent naturellement de fortes contaminations en microorganismes sporulés.La valorisation de ces deux coproduits nécessite donc des traitements assainissants adaptés.Ainsi, il était indispensable de déterminer la nature, la variabilité et l’évolution des écologies microbiennes présentes sur ces coproduits par des techniques rapides de dénombrement ainsi que d’identification par biologie moléculaire. L’étude de différents procédés assainissants a également été réalisé pour combiner l’efficacité de désinfection à la préservation des qualités nutritionnelles (pomme) ou des propriétés physiques (broyats). / The use of byproduct as raw material from another industrial sector, facts that it is not considered any more as "waste". Their valuation is thus an axis of development for the agronomic and food-processing industry. However, their new consideration of "raw material" entails constraints for the industrialists. These constraints are diverse according to the destination ways of the byproduct: sanitary, toxicological… This work focus on two byproducts resulting from different vegetable process: (1) apple peels, as antioxidant source. Their valuation needs to use raw materials with low phytosanitary treatment, so these materials may be more contaminated by different floras. (2) Crushed vegetable matter stemming from cereal crop as raw material of biosourced products. They occur naturally a strong microbial spore contamination. The valuation of these two byproducts requires adapted cleaning treatments. So, it was the main thing to determine nature, variability and evolution of the present microbial ecologies of these byproducts by fast techniques of enumeration and identification by molecular biology. The study of different cleaning process was also realized to combine efficiency of disinfection with the preservation of nutritional qualities (apple) or physical properties (crushed vegetable matter).

Des films composites et nanocomposites ont été élaborés par la méthode du casting à partir d’amidon natif de manioc. Ils ont été plastifiés par le glycérol et renforcés par des chargesminérales synthétiques de zéolithe Beta et de beidellite sodique. L’influence du type de charge, de l’état de la charge (lyophilisé ou non-lyophilisé ou séchage à l’air) ainsi que du taux de charge sur les propriétés mécaniques et barrières à la vapeur d’eau des films correspondants a été étudiée. Les valeurs de la solubilité dans l’eau et de la perméabilité à la vapeur d’eau des échantillons renforcés par des nanocristaux de zéolithe Beta lyophilisés sont plus grandes que celles du film de contrôle. Une augmentation significative des propriétés mécaniques, en particulier le module d’Young de ces films a aussi été observée. Une amélioration de la perméabilité à la vapeur d’eau des films composites contenant des cristaux de beidellite sodique et des films nanocomposites contenant des nanocristaux de zéolithe Beta a été trouvée. Tous les films ont été caractérisés par diffraction de rayons X. / Composite and nanocomposite films were prepared by casting method, using native cassava starch. The films were plasticized with glycerol and reinforced with synthetic Beta zeolite nanocrystals and Na-beidellite crystals. We studied the effect of the filler contents and type on the mechanical and water barrier properties of the resulting films. We found that filmsreinforced with lyophilized Beta zeolite nanocrystals present both high water solubility (WS) and high water vapor permeability (WVP) values compared to those of the pristine film. A drastic increase of the mechanical properties, especially in the Young’s modulus, of these films was also observed. An improvement of the WVP was found for composites prepared from Na-beidellite crystals and for nanocomposites from non-lyophilized Beta zeolite nanocrystals. All the films were characterized by X-ray diffraction.

Les performances des modèles thermodynamiques actuels pour les solvants mixtes (en particulier avec alcools) électrolytiques sont limités. L’objectif de ce travail est d’étendre les capacités du modèle eGC-PPC-SAFT à ces systèmes. Ceci est fait en plusieurs étapes. Dans une première étape, le modèle PPC-SAFT existant est amélioré pour l’eau pure et les solvants usuels, par (1) introduisant une dépendance en température du diamètre sphère dure de l'eau et (2) adapter un minimum de paramètres ioniques sur les coefficients d’activité moyens et les densités des systèmes contenant des électrolytes forts ainsi que les sur les équilibres liquide vapeur des solvants mixtes d'électrolytes. Dans une troisième étape, le modèle final est utilisé pour représenter les équilibres liquide-liquide des solvants mixtes électrolytiques en étudiant les coefficients de partition de chacune des espèces dans le système. Pour cela, une stratégie de paramétrage des paramètres binaires ion-solvant a été développée, qui implique l’évaluation de l’impact de chacune des contributions individuelles du modèle ePPC-SAFT sur les coefficients de partition. Étant donné son importance dans le cadre de la modélisation thermodynamique de ces systèmes, une nouvelle règle de mélange pour le constant diélectrique est proposée. Au final, le modèle développé est capable de décrire les coefficients d’activité ainsi que les équilibres VLE et LLE des système électrolytiques avec solvants mixtes. / The capabilities of the current thermodynamic models are limited in dealing with mixed-solvent electrolyte systems, due to the complex interactions within these systems. The objective of this work is to extend eGC-PPC-SAFT model to these systems. This is done in several steps. First, a modification in the temperature dependent water diameter was proposed. Second, a minimum number of ion-water parameters are determined on mean ioninc activity coefficients and densities of strong electrolyte systems, as well as vapour-liquid equilibria (VLE) of mixed solvent electrolytes. In the third step, the model is used to study the liquid-liquid equilibrium (LLE) of the mixed-solvent electrolyte system. This was done by looking at the partition coefficients of the individual species in the systems. In doing so, a parameterization strategy was developed for ion-solvent binaries that involve assessing the impact of the individual ePPC-SAFT contribution on the partitioning of individual species. A new method for dealing with the condition of electroneutrality in liquid-liquid ionic systems was proposed that involves a direct correction on the fugacity coefficient. In view of the importance of this property, a new mixing rule for the dielectric constant of mixed solvent is proposed to provide the best description of LLE of mixed solvent electrolyte. The final model is capable of describing, the activity coefficient, VLE, and LLE of mixed-solvent electrolyte systems.

Ce travail de thèse effectué dans le cadre d’un contrat CIFRE-Défense porte sur l’étude des sources d’instabilité de fréquence d’une horloge atomique basée sur le piégeage cohérent de population. L’objectif est de démontrer une stabilité de fréquence d’horloge de l’ordre de 10-13 tau-1/2 jusque 10 000 s. Une cellule de vapeur de césium est utilisée avec un schéma d’excitation à fort contraste en utilisant des polarisations linéaires croisées et avec une interrogation impulsionnelle de type Ramsey. Un chapitre d’abord consacré aux sources de bruit à court terme présente les travaux réalisés pour réduire le bruit de phase et le bruit de puissance laser, limitant tous deux les performances de l’horloge à 1 s d’intégration. L’optimisation de la chaine micro-onde avec un nouvel oscillateur local, et la réalisation d’un asservissement de puissance performant ont permis d’améliorer la stabilité de fréquence à 2,3x10-13 à 1 s. L’analyse des fluctuations des paramètres de fonctionnement (puissance laser, champ magnétique, température, etc.) et la mesure de la fréquence d’horloge montrent que les variations de fréquence à moyen terme sont majoritairement limitées par les variations de puissance laser et celles du champ magnétique à 2x10-14 à 2 000 s. Ces analyses démontrent aussi que les fluctuations de puissance laser, malgré l’asservissement, sont liées aux fluctuations de polarisation via les fluctuations de température de l’expérience. Pour finir, les études d’un laser bifréquence et bipolarisation pour une horloge CPT compacte sont présentées, ouvrant la voie vers l’industrialisation en réduisant le banc optique. / This thesis work has been granted by a CIFRE-Défense contract to study the frequency stabilities of an atomic clock based on coherent population trapping. The objective is to demonstrate a frequency stability in the range of 10-13 tau-1/2 up to 10 000 s. A caesium vapour cell is used with a high-contrast excitation scheme using cross linear polarisations and a Ramsey interrogation. The short-term frequency stability is presented with the reduction of the phase and the laser power noise, both limiting clock performance at 1 s integration time. The optimisation of the microwave chain with a new local oscillator, and the implementation of a very low noise power lock loop have improved the frequency stability down to 2,3x10-13 at 1 s integration time. The fluctuations analysis of the operating parameters (laser intensity, magnetic field, temperature, etc.) and the measurement of the clock frequency show that the medium-term frequency instability is mostly limited by laser power and magnetic field fluctuations at the level of 2x10-14 at 2 000 s integration time. These analyses also show that laser power fluctuations, despite servo loop control, are related to polarisation fluctuations through temperature fluctuations inside the experiment isolation box. Finally, the studies of a dual-frequency and dual-polarisation laser for a compact CPT clock are presented, paving the way to industrialisation by reducing the optical bench.

Dans les technologies avancées, l’épitaxie des matériaux à base de silicium devient de plus en plus critique et les effets morphologiques importants. Les traitements thermiques ainsi que le dopage peuvent altérer la morphologie des épitaxies dégradant de façon considérable les performances des dispositifs. Les travaux de thèse ont pour objectifs de comprendre et résoudre ces problématiques, ils concernent donc l’étude de la morphologie et des forts dopages des épitaxies dans les motifs de petites tailles des technologies CMOS 14 et 10 nm. Nous avons étudié l’influence des conditions de recuit sous H2 sur la morphologie des épitaxies. Ceci a conduit à la détermination de la cinétique d’arrondissement thermique dans les petits motifs (100 nm et moins). D’après une analyse de la cinétique, deux énergies ont été identifiées : 2,9 eV et 7,7 eV. L’énergie de 2,9 eV montre qu’aux hautes températures, la diffusion de surface est le principal mécanisme de l’arrondissement thermique. Aux faibles températures, l’augmentation de la couverture d’hydrogène limite encore plus cette diffusion, augmentant fortement l’énergie obtenue. Nous avons observé que la pression du gaz porteur et la nature de celui-ci ont un impact important sur la diffusion de surface et modulent donc la cinétique d’arrondissement thermique. La caractérisation par microscopie à force atomique de croissances sélectives de couches SiGe dopées bore, montre que le bore modifie grandement la morphologie de croissance, ainsi que l’arrondissement thermique. Pour un même recuit, un motif dopé s’arrondit beaucoup plus rapidement qu’un motif non dopé. Les épitaxies développées au cours de ces travaux ont été intégrées avec succès dans les sources/drains du CMOS 14 nm. Selon le besoin, les épitaxies peuvent soit présenter de larges facettes bien définies soit aucune facette, et cela grâce à un procédé adéquat que ce travail a permis de proposer et développer / In advanced technologies, the Si-based materials epitaxy becomes more and more challenging and the morphological effects very important. The thermal treatments as well as the doping may degrade the epitaxies’ morphology resulting in considerably damaging the devices’ performances. The works presented in this thesis, aim at understanding and solving these problematics. Thus, they are focused on the study of the epitaxies’ morphology and high doping in the small patterns of the 10 and 14 nm CMOS technologies. The influence of the H2 annealing conditions on the morphology was studied. This led to determine the thermal rounding kinetics in small patterns. According to a kinetics analysis, two energies were identified: 2.9 eV and 7.7 eV. The 2.9 eV energy shows that at high temperatures, the surface diffusion is the thermal rounding main mechanism. At low temperatures, the hydrogen coverage’s increase limits even more this diffusion, greatly increasing the energy obtained. It was observed that the carrier gas pressure and its nature have a strong impact on the surface diffusion and thus modify the thermal rounding kinetics. The characterization by atomic force microscopy, of boron doped layer selectively grown, shows that the boron greatly modifies the growth’s morphology, as well as the thermal rounding. Considering a same annealing, the rounding phenomenon occurs faster in a doped pattern than in an un-doped pattern. The epitaxies developed during this work were successfully integrated to the 14 nm node sources and drains. Depending on the needs, the epitaxies can either present large and well defined facets or no facets, all of this thanks to an adequate process which was proposed and developed through this work.

Malgré l'amélioration constante des modèles de prévision opérationnelle, certains événements demeurent difficilement prévisibles, même à courte échéance. Dans ces cas, la qualité de la prévision dépend fortement de celle des conditions initiales qui lui sont fournies. Dans ce contexte, il apparaît essentiel d'améliorer des méthodes existantes et d'en développer de nouvelles afin de prendre au mieux en compte les incertitudes liées aux conditions initiales, en particulier pour la prévision d'événements intenses tels que les fortes pluies qui touchent régulièrement le bassin Méditerranéen. L'impact d'incertitudes aux conditions initiales sur la prévision de la dite “supertempête” d'Alger (novembre 2001) a été examiné au travers de simulations haute résolution réalisées avec le modèle Méso-NH. Ce cas était caractérisé par la présence d'un profond thalweg d'altitude associé à une cyclogenèse intense. Il a été montré qu'une faible perturbation initiale de la profondeur du thalweg d'altitude (et de l'intensité de l'anomalie positive de tourbillon potentiel associée) pouvait se propager et s'intensifier durant la simulation, impactant alors la prévision du cyclone de surface. Une étude détaillée des conditions de développement de la convection profonde dans chaque expérience a montré que les perturbations de petites échelles observées sur les champs de précipitations étaient directement liées à la prévision du cyclone et donc aux perturbations initiales. Dans une seconde partie, l'influence de corrections de tourbillon potentiel sur la prévision du même cas d'étude a été examinée. A l'aide du modèle opérationnel Français ARPEGE, nous avons montré que la prévision démarrant de l'analyse opérationnelle du 9 novembre 2001 à 1200 UTC n'était pas capable de reproduire le cycle de vie et le creusement de la dépression de surface. Des corrections locales de tourbillon potentiel guidées par des observations satellites issues du canal vapeur d'eau de Meteosat 7 ont conduit à une amélioration significative de la prévision du minimum dépressionnaire et des précipitations associées. A l'aide de simulations très haute résolution (2 km) Méso-NH et de l'utilisation de l'approche dite modèle-vers-satellite, nous avons montré que l'impact des modifications initiales était particulièrement positif lors des périodes de forte activité convective précédent celles de précipitations intenses.

Cette thèse est consacrée à la réalisation expérimentale d'une mémoire quantique par transparence induite électromagnétiquement (EIT) dans une vapeur de césium ainsi que d'une source de vide comprimé à 852 nm.<br />Une interface lumière-matière reposant sur le phénomène d'EIT a été démontrée et ses performances ont été étudiées par stockage et restitution d'états cohérents. La cohérence du processus de mémoire et l'absence de bruit ajouté ont été mises en évidence, ainsi que les performances en termes de fidélité et à l'aide du diagramme T-V.<br />Une étude à la fois expérimentale et théorique du phénomène d'EIT sur la raie D2 d'une vapeur de césium a permis de préciser l'effet conjugué de la structure hyperfine et de l'élargissement Doppler sur les transparences obtenues.<br />Afin d'étudier la mémoire avec un état non classique du champ, une source de vide comprimé à 852 nm a été développée et les caractéristiques de l'état de sortie ont été analysées par tomographie quantique. La source utilisée est un oscillateur paramétrique optique fonctionnant sous le seuil.

L'étude de la vaporisation et de la décomposition thermique du PDMAT sous vide a été réalisée par spectrométrie de masse avec cellule d'effusion et cellules tandem respectivement. La conception et la validation du réacteur, spécifique à l'étude par spectrométrie de masse des molécules organométalliques très réactives au contact de l'air, réalisé au cours de cette thèse, sont exposées. En parallèle des premiers dépôts ALD de TaN à partir de PDMAT et NH3 ont été réalisés sur le réacteur ALD en cours d'optimisation et caractérisés par microscopie électronique et XPS. La confrontation de ces deux résultats permet de proposer des schémas de réactions se produisant lors du dépôt de TaN dans un réacteur ALD et de déterminer les propriétés structurales et thermodynamiques des molécules identifiées. Ces données sont utilisées dans différentes approches de modélisations thermodynamiques du procédé de croissance à partir de la phase gazeuse.