Dissertations / Theses on the topic 'Électrodes de carbone – Méthodes de simulation'

Cette étude porte sur la compréhension des mécanismes de la corrosion par piqûres susceptible d’affecter les aciers au carbone prévus pour le stockage des déchets radioactifs. Des modèles de transport/réaction ont été développés pour simuler, par la méthode des éléments finis, la propagation d’une piqûre à la surface du fer en milieu chloruré. Pour les modèles conservatifs, la piqûre est activée par un potentiel imposé au métal. A partir de différentes études paramétriques (géométrie, environnement…), les simulations ont permis d’identifier les facteurs critiques responsables d’un accroissement ou d’une inhibition de la vitesse de corrosion localisée. Par ailleurs, les essais sur des électrodes occluses, dites « lead-in-pencil », confirment que le confinement favorise la précipitation d’un film salin en fond de piqûre. Enfin, la simulation de situations de couplage entre la piqûre et la surface cathodique externe a permis de décrire l’évolution réaliste de la vitesse de corrosion localisée en milieu aéré et en potentiel libre. L’analyse des résultats de ces trois axes démontre que la chute ohmique dans la piqûre est le facteur contrôlant sa progression. Dans la majorité des cas, toute augmentation de cette chute ohmique (due à la précipitation, au confinement ou à l’augmentation du rapport des surfaces cathodique/anodique), conduit à une vitesse de corrosion plus rapide des surfaces externes. Ce phénomène est qualifié « d’évasement ». La croissance en profondeur, pour une vitesse d’oxydation dépendante du pH, reste à confirmer. Pour simuler le comportement à long terme du fer vis-à-vis de la piqûration, dans les conditions de stockage, les nouveaux modèles devront reposer sur la détermination plus précise de l’environnement et des lois de dissolution et de précipitation
This study deals with the understanding of the mechanisms of pitting corrosion susceptible to occur on carbon steel selected for high level nuclear waste containers. Transport/reaction models have been developed in order to simulate, by finite element method, the propagation of a pit on iron in chlorinated medium. For conservative models, pit is activated by imposing a potential on metal. Thanks to different parametric studies (geometry, environment…) simulations have permitted to classify, by severity order, the factors responsible of the increase or the inhibition of the localized corrosion rate. Otherwise, experiments on occluded (called « lead-in-pencil ») electrodes confirm that confinement favors the formation of a salt film at the bottom of the pit. Finally, the simulation of galvanic coupling between the pit and the surrounding cathodic surface has permitted to describe the realistic evolution of the localized corrosion rate in aerated medium and for free corroding conditions. The analysis of the results from these three ways of investigation has demonstrated that the ohmic drop inside the pit is the most important factor controlling his growing. In most study cases, any increase of this ohmic drop (due to precipitation, confinement or augmentation of the cathodic /anodic surfaces ratio), leads to a faster corrosion rate of the surrounding surface. This phenomenon is called “opening” of the pit. The progression at the pit bottom for a pH-dependant oxidation rate is still to confirm. In order to simulate the long term behavior of iron during pitting, in storage application, new models require a more accurate determination of the environment conditions, dissolution and precipitation laws

Dernièrement une technique de désalinisation à base de carbone poreux, qui constitue une avancée importante parmi les nombreuses technologies de désalinisation de l'eau, a été rapportée. Le principe repose sur le fait que les ions Na+ et Cl- sont adsorbés dans les pores des carbones sous l'effet d'une polarisation externe : les ions sodium sont adsorbés à l'électrode négative et les chlorures à la positive. Notre travail porte sur le développement des matériaux et sur le design des cellules optimisées, l'objectif étant d'améliorer le rendement énergétique du procédé de désalinisation. Dans ce contexte nous étudions aussi le concept de EFC (Electrochemical Flow Capacitor) qui consiste à faire circuler une suspension de carbone dans l'eau salée à l'intérieur d'une cellule électrochimique. Nous avons étudié dans un premier temps les différents composants de la cellule électrochimique, des interactions solvant/soluté jusqu'à la structure des carbones utilisés comme matériaux d'électrode. Ces études se sont faites en utilisant un montage classique de supercondensateur, c'est-à-dire une cellule dans laquelle les deux électrodes de carbone poreux (anode et cathode) sont mise en œuvre sous forme de film qui recouvre un colleteur de courant. Nous avons caractérisé une cellule de désalinisation en utilisant différents types d'électrodes et le couple redox [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- comme sonde électrochimique. Notre approche a permis de définir un nombre sans dimension teta, qui est proportionnel au débit et inversement proportionnel à la vitesse de balayage du potentiel, donnant une ligne directrice pour définir les différents régimes de fonctionnement pour la cellule en mode flow. Deux régimes de fonctionnement ont été mis en évidence : un régime permanent pour teta> 45, permettant une adsorption de charge plus élevée et efficace, et un domaine non permanent pour teta <45. Enfin nous avons procédé à la formulation des suspensions de carbone. Nous avons étudié dans ce sens la rhéologie et les propriétés électrochimiques des suspensions en fonction de la composition, pour afin déterminer la meilleure composition de suspension à utiliser pour notre cellule fonctionnant en mode EFC
Recently, a desalination technique based on porous carbon has been reported, merging together desalination process with electrochemical energy storage. Thanks to this new strategy, an important step forward, respect to other water desalination technologies, has been achieved. The principle is based on the capacitive adsorption of Na+ and Cl- ions in the pores of a porous activated carbon, constituting the active material of an electrochemical double layer capacitor electrode. Differently from conventional EDLC, the active material is made in the present case as slurries flowed through an electrochemical cell to achieve a continuous desalination of seat water; such system has been named Electrochemical Flow Capacitor (ELC). We first studied the different components of the electrochemical cell, from solvent / solute interactions to the structure of the carbons used as electrode materials. These studies were done using a conventional supercapacitor assembly, i.e. a cell in which the two porous carbon electrodes (anode and cathode) are implemented as a film. We characterized a desalinization cell using different type of electrodes using the [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- redox couple as an electrochemical probe. Our approach allowed to define a dimensionless number teta, which is proportional to the flow rate and inversely proportional to the potential scan rate, giving a guideline to sort out different operating regimes in the flow cell. Two operating regimes have been evidenced: a permanent regime for teta > 45, allowing for higher and efficient charge adsorption, and a non-permanent domain for teta < 45. Finally, we proceeded to the formulation of carbon suspensions. We studied the rheology and the electrochemical properties of the suspensions according to the composition in order to determine the best suspension composition to use for our cell operating in EFC mode

L'étude du comportement des silices synthétiques vis-à-vis des bases et des ions cuivriques a été réalisée dans le but de mieux connaître les interactions ayant lieu à l'interface solide-solution. Deux types de silices ont été considérées, un gel de silice à grande aire spécifique et une silice dite de Stôber qui se caractérise par une microporosité. Deux méthodes ont été principalement mises en oeuvre pour permettre l'analyse des phénomènes dans des conditions in situ et non destructives : la diélectricité et l'électrochimie aux électrodes à pâte de carbone modifiées par la silice. TI a été montré pour la première fois que la mesure des pertes diélectriques sur la silice décantée dans une solution basique rend directement compte de la quantité de groupements silanol ionisés. De même, il a été démontré que l'évolution du taux d'ionisation est peu liée à la force de la base mais est fortement dépendante du degré de dissociation des groupements silanol conformément au modèle de Sonnefeld. La spectroscopie Raman confirme la présence de groupements silanol de réactivité différente. Les billes de Stüber se comportent tout à fait différemment. En effet, en faisant réagir des bases moléculaires de différentes tailles, la propriété de tamis moléculaire a été mise en évidence pour la première fois. L'ouverture des pores de ce matériau a été estimée à 0,3 nm. Ses groupements silanol, majoritairement situés à l'intérieur de sa structure, sont chimiquement réactifs et se comportent comme des groupements de surface lorsque le réactif est suffisamment petit que pour entrer librement dans la structure. L'application de la diélectricité pour suivre la fixation du cuivre(ll) en milieu ammoniacal démontre sans ambiguïté le caractère covalent de la liaison SiO-Cu. L'insertion de la silice dans une électrode à pâte de carbone a permis d'étudier les processus d'adsorption-désorption du cuivre sur ce matériau en milieu ammoniacal. Elle démontre une sélectivité très marquée de la silice pour les ions cuivriques. Cette propriété a d'ailleurs été exploitée pour la mise au point d'un capteur ampérométrique du cuivre(ll) sur base du schéma «accumulation en milieu ammoniacal - détection voltampérométrique en milieu acide ». La limite de détection obtenue pour un temps d'accumulation de 2 minutes a été estimée à 10-8 mol l-1.

L'océan côtier subit la convergence de nombreuses perturbations anthropiques, avec le changement climatique en première ligne. Le réchauffement, l'acidification de l'océan, l'eutrophisation et la désoxygénation se combinent en menaçant les écosystèmes côtiers et les activités humaines associées. Malheureusement, la très forte hétérogénéité spatiale et temporelle de l'océan côtier limite la compréhension des processus biogéochimiques impliqués et leurs réponses face aux perturbations anthropiques. Les bases de données actuelles d'observations côtières sont encore insuffisantes et les modèles biogéochimiques océaniques globaux ont longtemps été inadaptés à l'étude de l'océan côtier global. En effet, la résolution spatiale de ces modèles était trop grossière pour résoudre de manière pertinente les processus de petites échelles. L'augmentation de la puissance de calcul des supercalculateurs permet l'utilisation de grilles de modèle plus fines adaptées à l'étude de l'océan côtier. Dans cette thèse, nous proposons d'étudier l'évolution au cours des dernières décennies de la biogéochimie de l'océan côtier à l'échelle globale à l'aide du modèle couplé physique-biogéochimie NEMO-PISCES. Après une évaluation de la représentation globale de la biogéochimie côtière et du cycle du carbone côtier dans notre modèle océanique, nous estimons le rôle actuel de l'océan côtier dans l'absorption océanique de carbone anthropique et nous étudions l'impact de la perturbation anthropique des apports fluviaux sur la biogéochimie côtière. En utilisant 3 grilles de résolutions spatiales différentes (200 km, 50 km et 25 km), il a été estimé que l'utilisation de la grille de 50 km représente le meilleur compromis entre les trois résolutions testées et que le passage à 25 km ne montre pas d'améliorations significatives des champs biogéochimiques côtiers évalués. Après cette première évaluation, le puits de carbone anthropique de l'océan côtier a été estimé pour la première fois à partir d'un modèle 3D global. L'océan côtier absorberait ainsi seulement 4,5 % du carbone anthropique absorbé par l'océan global pour la période 1993-2012 alors qu'il représente 7,5 % de la surface océanique globale. L'absorption côtière est réduite par l'export limité du carbone anthropique vers l'océan ouvert ne permettant pas de réduire la concentration moyenne de carbone anthropique des eaux côtières au niveau de celle de la couche de mélange de l'océan ouvert. Enfin, les effets de la perturbation anthropique des apports fluviaux sur la biogéochimie côtière ont été jugés limités quant intégrés à l'échelle côtière globale. Cependant, ces perturbations sont très contrastées régionalement. La mer du Nord présente des variations biogéochimiques mineures du fait de la tendance locale modérée appliquée aux apports fluviaux en nutriments, comparée à la mer de Chine de l'Est où la forte augmentation des apports fluviaux provoque d'importants phénomènes de désoxygénation et d'acidification
The coastal ocean suffers from the convergence of multiple anthropogenic stressors with climate change at the forefront. Combined stresses from global warming, ocean acidification, eutrophication and deoxygenation threaten coastal ecosystems and thus their services that humans rely on. Unfortunately, the coastal ocean's large spatiotemporal heterogeneity limits our understanding of the biogeochemical processes involved and their responses to anthropogenic perturbations. The current database of coastal observations remains insufficient, and global biogeochemical ocean models have long been inadequate to the study of the global coastal ocean. Indeed, the spatial resolution of these models has been too coarse to resolve key small-scale coastal processes. However, continual improvements in computational resources now allow global simulations to be made with sufficiently high model resolution that begins to be suitable for coastal ocean studies. In this thesis, we propose to study the evolution of the coastal ocean biogeochemistry at the global scale over recent decades using higher resolution versions of the global physical-biogeochemical model NEMO-PISCES. After evaluating of the global representation of the coastal biogeochemistry in this ocean model, we estimate the current role of the coastal ocean in the ocean uptake of anthropogenic carbon and we study the impact of the anthropogenically driven changes in riverine inputs on the coastal biogeochemistry. From simulations made at 3 different spatial resolutions (200 km, 50 km, 25 km), we esteem that the 50-km model grid offers the best compromise between quality of results and computational cost. The upgrade to 25 km does not appear to provide significant improvement in model skill of simulating coastal biogeochemical fields. After evaluating the model, we provide an estimate of the coastal-ocean sink of anthropogenic carbon, the first study to do so with a global 3-D model. In our simulation, the coastal zone absorbs only 4.5% of the anthropogenic carbon taken up by the global ocean during 1993-2012, less than the 7.5% proportion of coastal-to-global-ocean surface areas. Coastal uptake is weakened due to a bottleneck in offshore transport, which is inadequate to reduce the mean anthropogenic carbon concentration of coastal waters to the average level found in the open-ocean mixed layer. Finally, the anthropogenic perturbation in riverine delivery of nutrients to the ocean has limited impact on the coastal carbon cycle when integrated across all coastal regions, but locally it can induce sharp biogeochemical contrasts. For example, the North Sea shows minor biogeochemical changes following the moderate local trend in nutrient riverine inputs, which is in dramatic contrast to the East China Sea where extensive deoxygenation and acidification are driven by sharp increases in riverine nutrient inputs

En raison des propriétés physiques, électriques, mécaniques et chimiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone(CNTs) sont considérés comme l'un des nanomatériaux les plus importants aujourd'hui. CNTs peuvent être classées comme des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNTs) ou des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNTs). La structure d'un SWCNT peut être vue comme une couche d’un atome de graphite de cylindres laminés. Les propriétés des SWCNTs sont fondamentales pour la recherche et pour de nombreuses applications en médecine, en électronique, en environnement, pollution... Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés mécaniques et électromécaniques des matériaux SWCNTs avec différentes morphologies. Nous avons étudié les propriétés élastiques des SWCNTs individuels en utilisant la méthode des éléments finis (FE). Nous avons montré que les modules élastiques de SWCNTs dépendent du diamètre, chiralité et la longueur. Les modules élastiques augmentent significativement selon les plus petites valeurs du rayon. Lorsque le rayon devient plus grand, tous les modules élastiques convergent vers une valeur constante asymptotique. En outre, les modules de zigzag et SWCNT chirales sont plus sensibles à la variation du rayon par rapport à SWCNT fauteuil. Nous avons testé le module élastique de SWCNT film mince par nanoindentation. Nous avons trouvé que le module d'Young E et la dureté H de SWCNT film mince sont séparément E= 192.831± 13.922 GPa, H=12.57719 ± 0.759 GPa. Nous avons élaboré un modèle par éléments finis qui représente le comportement des SWCNT film mince dans le processus de nanoindentation. Dans cette étude nous avons élaboré un modèle élasto-plastique pour décrire le comportement mécanique du matériau au cours de l'indentation. Ensuite, nous avons évalué les propriétés élasto-plastiques de SWCNT film mince par l’interaction de la simulation par éléments finis avec les données statistiques du test expérimental. Le modèle bilinéaire proposé approxime bien la performance de SWCNT film mince dans la nanoindentation. Finalement, nous avons étudié les propriétés électrostrictives du composite (P (VDF-TrFE) / SWCNT) à base de SWCNTs par la méthode des éléments finis. Les résultats numériques trouvés montrent que l'électrostriction du composite SWCNT / P (VDP-TrFE) est considérablement dépendant de la fraction volumique de SWCNT et du rapport des constantes diélectriques (SWCNT et P (VDP-TrFE)). Dans ce travail, nous avons constaté que les propriétés des CNTs obtenues théoriquement ou expérimentalement impliquent des inévitables incertitudes. Donc la prise en compte des incertitudes des propriétés des CNTs devient nécessaire. Pour l’analyse de ces incertitudes, nous avons appliqué la méthode de l'optimisation basée sur la fiabilité (RBO). Cette méthode est un outil efficace pour assurer la fiabilité des résultats expérimentaux et numériques dans le processus d'estimation du comportement élasto-plastique pour SWCNT film mince
Carbon nanotubes (CNTs) as one of the most important nanomaterials today have been demonstrated a combination of exceptional physical, electrical, mechanical, and chemical properties, which have resulted in their great potential of industrial application in many fields. CNTs can be categorized as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The structure of a SWCNT can be viewed as one-atom-thick layer of graphite rolled cylinder. Well understand the property of SWCNTs is fundamental in the exploration of research and applications of CNTs based products.The present research is focus on evaluating the mechanical and electromechanical properties of SWCNTs materials with different material morphology. Under the hierarchical (or bottom-up) ideal, the elastic properties of the individual SWCNTs were studied by using Finite element (FE) method. Effects of the diameter, chirality and length on the elastic moduli of SWCNTs are discussed based on numerical calculations. Furthermore, the ultra-thin SWCNTs film (~200nm) is prepared by spin coating method. The elastic modulus of SWCNT thin film is estimated by nanoidentation test. Its elasto-plastic properties were then determined by FE simulation combined with the statistics constraints of the experimental results. The results showed that the mechanical performance of SWCNTs thin film during indentation can be approximately represented by a bilinear model. The mechanical parameters of SWCNTs thin film obtained by experiment and numerical calculation are : the Young’s modulus E=192.83± 13.922 Gpa, the tangent modulus Et ≈ 42GPa, and the yield stress Oy ≈ 8.4GPa, respectively. The electrostrictive properties of SWCl\lT- based composite (P(VDF-TrFE)/SWCNT) were also investigated by FE method. Numerical results show that the electrostriction of the SWCNT/P(VDP-TrFE) composite is greatly dependent on the volume fraction of SWCNT and the difference of dielectric constant between SWCNT and P (VDP-TrFE) copolymer. In this work, we found that the properties of CNTs obtained either by theory or by experiments involve inevitable uncertainty, and some are relatively large. Therefore, uncertainty analysis for the predicted properties of CNTs becomes necessary with the increasing product performance demands. The application of Reliability-Based Optimization (RBO) method in the process of elasto-plastic behavior estimation for SWCNT thin film indicates that RBO method should be an effective tool to ensure the reliability of experimental and numerical results

L'essor de l'informatique et des techniques d'intelligence artificielle a conduit ces dernières années à un développement sans précédent des procédés d'optimisation automatique qui peuvent aujourd'hui prendre en compte des dizaines de paramètres de conception. En particulier, les méthodes évolutionnistes ont connu depuis le début des années soixante une croissance exponentielle et s'affirment peu à peu comme les techniques les plus robustes : d'une part, elles permettent de localiser l'optimum d'une fonction dans l'espace des paramètres sans avoir recours aux dérivées de la fonction par rapport à ces paramètres ; d'autre part elles ne se laissent pas piéger par un optimum local et réussissent le plus souvent à déterminer l'optimum global de la fonction considérée. Cependant, la traduction d'un problème d'optimisation réel avec tous ses aspects (performance "pure" mais aussi sensibilité, facilité de fabrication, prix de revient, ...) sous forme d'une fonction à optimiser n'est pas toujours une chose simple. Dès lors, le concepteur apprécie lorsqu'il étudie l'un des aspects d'être conduit à plusieurs possibilités (plus ou moins parfaites suivant cet aspect là) plutôt qu'à une solution unique. Les méthodes génétiques multimodales ou méthodes de nichage offrent des perspectives intéressantes en permettant la localisation de solutions optimales multiples, aussi bien locales que globales. Notre travail est centré sur la caractérisation de ces nouvelles techniques d'optimisation numériques. Chaque méthode a été testée de façon classique à partir de fonctions mathématiques ainsi que sur des problèmes d'électromagnétisme et sur un procédé très original de conception de formes optimales d'électrodes. Nous décrivons une nouvelle approche pour des systèmes 2D-plan ou axisymétriques, où la forme de l'électrode est identifiée à une ligne équipotentielle obtenue par optimisation du positionnement et de la valeur d'un certain nombre de charges fictives.

Les études concernant la séparation du dioxyde de carbone ont pris une importance majeure au cours du 21ème siècle. Dans le cas de matrices polymères, il est important d'examiner les relations entre les propriétés de perméation du CO2 et les caractéristiques structurales et dynamiques des polymères. Nous avons sélectionné trois polyimides fluorés (6FDA-6FpDA, 6FDA-6FmDA et 6FDA-DAM) et nous avons utilisé les techniques de simulations par dynamique moléculaire (DM) pour étudier en détails leurs propriétés relatives à la perméation du CO2 à l'échelle moléculaire. Des modèles moléculaires pour les trois polyimides fluorés ont été construits en utilisant la technique d'échantillonnage hybride de type Pivot Monte Carlo (PMC)-DM et ont ensuite été simulés par DM seule. Tous les modèles sont en bonne adéquation avec les propriétés dérivées des caractérisations expérimentales telles que les densités, les volumes libres, les d-spacings, les paramètres de solubilité, les énergies et les spectres de diffraction aux rayons-X. Les structures et morphologies des volumes libres dans les matrices pures ont aussi été analysées. Une addition par palier de CO2 a été effectuée dans les matrices polymères pures et une procédure itérative a été utilisée pour calculer les isothermes modèles de sorption de CO2. De plus, le gonflement en volume induit par la sorption du CO2 et l'effet immédiat des concentrations élevées en CO2 sur les isothermes de désorption ont été également étudiés. La morphologie des espaces vides, les énergies potentielles et la formation d'agglomérats de CO2 ont été caractérisés et comparés avec les caractérisations expérimentales. La diffusion de CO2 en fonction de sa concentration à l'intérieur des matrices polymères a été analysée et des facteurs affectant la mobilité ont été identifiés
Carbon dioxide (CO2) separation studies have become a major interest for researchers in the 21st century. In the case of polymer matrices, it is important to examine the relationships between the permeation properties of CO2 and the structural and dynamical features of the polymers. We have selected three fluorinated polyimides (6FDA-6FpDA, 6FDA-6FmDA and 6FDA-DAM) and used molecular dynamics (MD) simulations to provide a detailed picture of their CO2 permeation properties at the molecular level. Atomistic models of the three fluorinated polyimides were generated using the well-established hybrid Pivot Monte Carlo (PMC)-MD single-chain sampling technique, and were subsequently simulated using MD on its own. All the models were found to compare well with experimentally-derived properties such as densities, fractional free volumes, d-spacing parameters, solubility parameters, energies and X-ray data. Structures and void-space distributions in the pure matrices were also analysed. A realistic stepwise addition of CO2 was carried out in the pure polymer matrices and an iterative procedure was used to calculate the CO2 model sorption isotherms. In addition, the volume swelling induced by CO2 sorption and the immediate effect of exposure to high concentrations of CO2 on the desorption isotherms were also studied. The void spaces, potential energies and the formation of CO2 clusters were characterized and compared with experimental characterizations. The diffusivity of CO2 as a function of CO2 concentration within the polymer matrices was analysed, and the factors affecting mobility were reported in detail

À partir des enquêtes, le trafic n’est pas une donnée, mais il est plutôt construit à partir d’hypothèses portant sur les relations entre des origines et des destinations. En vue de reconstruire un trafic routier plus proche de la mesure, et sur un ensemble de tronçons routiers plus important, il apparait alors intéressant de partir de données de comptages issues de capteurs urbains. Notre postulat de départ part de ce constat. L’insertion de ces données d’observations du trafic routier fournit l’opportunité d’expérimenter les potentiels d’exploitations des capteurs pour estimer les niveaux de Pollution Atmosphérique Automobile (PAA) à l’échelle intraurbaine. Cependant, il est alors nécessaire de modifier la nature de la mesure en vue d’extraire une information sur la circulation routière, ce qui a été envisagé ici à travers la construction d’un modèle de simulation multi-agents. D’une manière plus générale, en partant de la donnée, c’est une démarche de construction de la connaissance sur les émissions de PAA qui est abordée tout au long de ce travail. La mise en œuvre de la démarche de modélisation SCAUP (Simulation multi-agents à partir de Capteurs Urbains pour la Pollution atmosphérique automobile) a été réalisée en trois temps : 1. En se focalisant sur les dispositifs de quantification du trafic routier à travers les capteurs urbains ; 2. En proposant une démarche de modélisation et de simulation de ces données pour le trafic routier ; 3. En se rattachant aux référentiels nationaux utilisés par les AASQA pour le calcul des émissions de PAA. L’ensemble se lie et s’intègre au sein d’une matrice technique qui constitue la colonne vertébrale de ce manuscrit à travers trois dispositifs interdépendants : la quantification, la modélisation et l’évaluation. Ce travail s’inscrit dans une démarche expérimentale de simulation du trafic routier pour le calcul des émissions de PAA. Parrainé par l’AASQA locale ATMOSF’AIR BOURGOGNE, il s’inscrit aussi dans une optique de recherche appliquée en appui de ces organismes en charge de la surveillance de la qualité de l’air. À l’heure où le big data entre dans de nouveaux questionnements quant aux capacités des chercheurs à en extraire une connaissance, nous proposons une démarche géographique en vue de replacer la donnée au centre d’une démarche de simulation originale du trafic routier (data-driven)
Based on surveys, traffic is constructed from assumptions about the relationship between origins and destinations. In order to rebuild a road traffic wich would be closer to observation and on a wider set of road sections, it appears interesting to use counting data from urban sensors : this is our starting point of view. The insertion of these in-situ dataset in the road traffic measurement provides the opportunity to experience the potential of sensors to estimate Traffic Air Pollution (TAP) levels at the intraurban scale. However, this requires to change the nature of these estimation, here through the construction of a model of multi-agents simulation, in order to extract more information on the road traffic. More generally, this work can be seen as a a knowledge building approach on TAP emisssions which is discussed throughout this work. The implementation of the SCAUP (multi-agent simulation from Urban sensors for traffic air pollution) approach was developped in three stages: 1. Focusing on the quantification of road traffic devices through urban sensors; 2. Proposing a modeling approach for road traffic data simulation ; 3. Using as a reference the national framework used by AASQA to calculate RTA emissions. All is integrated within a technical matrix that forms the spine of the manuscript through three interrelated systems: quantification, modeling and evaluation. This work is part of an experimental approach dedicated to the calculation of TAP emissions based on traffic simulations. Sponsored by the ATMOSF’AIR BOURGOGNE local AASQA, this work could also be used in an operational mode for these organizations in charge of the air quality monitoring. At a time when the big data enters into new questions about the ability of researchers to extract knowledge, we propose a geographical approach that enables to replace the data in the center of an original road traffic simulation approach (data- driven)

Durant ces dernières décennies, l'activité électrique utérine origine des contractions menant à l'accouchement constitue une étude de recherche primordiale pour la prévention et pour la détection des accouchements prématurés. La modélisation mathématique et la simulation informatique sont devenues des outils indispensables pour la compréhension de différents phénomènes électrophysiologiques afin de prédire, et d'agir en cas d'anomalie. Sachant que le contrôle de l'excitabilité utérine s'avère avoir des conséquences thérapeutiques importantes, nous avons choisi de débuter le modèle à l'échelle cellulaire. L'analyse dynamique de ce modèle a permis de montrer l'efficacité de certains traitements tocolytiques tels que les bloqueurs des canaux calciques et les ouvreurs des canaux potassiques. Le contrôle de la contractilité utérine ne se limite pas au niveau cellulaire mais s'étend aussi au niveau tissulaire. Nous avons démontré comment un modèle de propagation biophysique permet de reproduire le couplage électrique réduit entre les cellules en début de grossesse et le couplage fort et synchronisé à l'approche du terme. Cette propagation a permis d'estimer un électromyogramme utérin de surface. Ce travail de thèse, quoique innovant et intéressant reste dans une première étape préliminaire. Il en porte en lui de futurs axes de recherches et de développement pluridisciplinaires prometteurs, dans l'objectif de fournir un modèle numérique de l'activité électrique utérine, contribuant à la compréhension de phénomènes physiologiques et à la prédiction d'accouchement prématuré
It is hypothesized that uterine electrical activity is efficiently correlated to the uterine contractions appearance. Once, forceful contractions appear, delivery is near. Therefore, the understanding of the genesis and of the propagation of the uterine electrical activity may provide an efficient tool to diagnosis preterm labour. Moreover, the control of uterine excitability seems to have important therapeutic consequences in controlling preterm labour. Modelling the electrical activity in uterine tissue is an important step for the understanding of physiological uterine contractile mechanisms. It would permit to reconstruct the uterine EMG. This work presents an electrophysiological model of the uterine cell that incorporates ion channel models at the cell level. The dynamical analysis of the uterine cell model allows a better apprehension of the main physiological effects on the cell's reponse. The cellular electrical activity will be integrated in a two dimension model, represented by the reaction diffusion equations, and will serve to the spatio-temporel integration at the uterine level for EMG reconstruction. This model validates some key physiological hypotheses considering uterine excitability and propagation

La présente étude vise à comprendre l'influence du comportement visco-élasto-plastique d'une matrice TP (PPS) et TD (Epoxy) sur le comportement en fatigue à haute température de composite tissés à fibres de carbone. Une analyse fractographique a permis de révéler le rôle déterminant des zones riches en matrice au niveau des plis à ±45° dans la chronologie d'endommagement et sur le comportement en fatigue de stratifiés à plis croisés et quasi-isotropes. Afin d'évaluer la contribution de la viscoélasticité et de la viscoplasticité de la matriceTP au comportement thermomécanique des stratifiés C/TP à T>Tg, un modèle viscoélastique de Norton généralisé ont été implémentés dans le code Eléments Finis Cast3m. Une technique de corrélation d'images numériques (CIN) a été mise œuvre pour tester la capacité du modèle à prédire la réponse du stratifié dans le cas de structures à forts gradients de contraintes.

Le marché des capteurs de gaz n’a pas cessé d’évoluer depuis ces dernières décennies en passant d’une technologie basée principalement sur des oxydes métalliques vers des nouveaux matériaux nanostructurés. En effet, les applications actuelles demandent des capteurs robustes, à faible consommation d'énergie, faible coût, conformables, sensibles et sélectives. Dans ce contexte, la recherche des matériaux sensibles à base de nanostructures de carbone, ainsi que des nouvelles technologies de fabrication (permettant la miniaturisation et la conformabilité des dispositifs) est nécessaire. Une de solutions actuellement à l’étude concerne l’utilisation de matériaux innovants tels que les nanotubes de carbone (CNTs). Dans ce manuscrit, les CNTs sont présentés ainsi que leurs très bonnes propriétés électriques et mécaniques. Leurs dimensions nous donnent une surface spécifique considérable et donc, la possibilité d’une grande sensibilité. Leur aptitude à être fonctionnalisés avec différents radicaux fait qu’ils puissent être sélectifs à une espèce donnée. Parmi les technologies émergentes apparues récemment, l’impression par jet d’encre est une technologie de déposition des couches minces très utilisée actuellement, car elle reste versatile grâce à sa facilité d’utilisation. La résolution et les possibilités d’impression sur différents types de substrat qu’on dispose, restent des atouts très importants. Un aspect très important qui a été peu étudié est la modélisation des couches minces des éléments sensibles. Concernant les couches imprimées des solutions contenant des nanotubes de carbone, très peu de travaux ont été répertoriés actuellement, et les modèles existants sont assez complexes. Dans nos travaux, nous nous concentrons sur la modélisation des couches minces sous la forme de motifs imprimés par jet d’encre. Des couches de solutions contenant des nanotubes de carbone sont déposées dans des structures RF, dans le but de pouvoir les appliquer dans la détection des gaz
The gas sensor domain has continued to evolve over the past few decades by moving primarily from a technology based on metal oxides to new nanostructured materials. Indeed, for modern applications in today's world robust sensors with low power consumption, low cost, conformable, sensitive and selective is desirable. In this context, mark-sensitive materials based on carbon nanostructures, as well as new manufacturing technologies (allowing miniaturization and conformability devices) is required. One solution which is currently under consideration is the use of innovative materials such as carbon nanotubes (CNTs) which exhibit very good electrical and mechanical properties. Their dimensions give us a considerable surface area and hence the possibility of high sensitivity. Their ability to be functionalized with different groups makes them very selective to react with a particular target gas. Amongst the emerging technologies, inkjet printing deposition of a very thin film is currently in use as it remains versatile because of its ease of use. The resolution and printing possibilities on different types of substrate have remains very important assets. A very important aspect that has been considered very less is the modeling of thin film sensing elements. Regarding printed layers solutions containing carbon nanotubes, very few works have been currently listed, and the existing models are quite complex. In this work, modeling of thin layers in the form of patterns printed by inkjet has been studied and experimental verifications and their analyses have been carried out successfully. Specific emphasis has been laid on the layers of solutions containing carbon nanotubes deposited in RF structures for application in the detection of gases

Les hydrates de gaz sont une façon non conventionnelle de piéger et de stocker des molécules de gaz par cristallisation d’eau à haute pression et à basse température. Les sels d'ammonium quaternaire forment des semiclathrates hydrates à pression atmosphérique et des hydrates mixtes en présence de gaz. Il est important de connaître leurs propriétés thermodynamiques, afin d'évaluer leurs applications potentielles : une des ces-ci est la capture du dioxyde de carbone à partir des gaz de combustion. Dans nos expériences, les semiclathrates ont été fabriqués à partir de sels de peralkylammonium (TBAB, TBACl, TBAF), et de bromure de tétra-butylphosphonium (TBPB) en combinaison avec plusieurs gaz : CO2, N2, CH4. La pression de formation a été fortement réduite par rapport aux hydrates de gaz respectifs.Afin de déterminer les coefficients d'activité des hydrates en présence de sels, un modèle eNRTL a été conçue. Des systèmes comportant un sel ou deux sels ont été modélisés en présence d’hydrate de CH4 et sont en accord avec la littérature. Un système en présence de TBAB et de CH4 a été également étudié : la modélisation diffère des données expérimentales de la littérature, probablement en raison d’une structure différente. Cependant, les résultats sont prometteurs, et le modèle donne une bonne prédiction. Sur la base des résultats expérimentaux, un procédé à l'échelle pilote a été conçu. Ce nouveau procédé consiste à former des hydrates mixtes de TBAB et de CO2 dans une colonne à bulles. Les hydrates sont ensuite retirés de la colonne et après dépressurisation, les hydrates mixtes se transforment en hydrates de TBAB, libérant du CO2, qui est renvoyé à la colonne à bulles
Gas hydrates are a non conventional way of trapping and storing gas molecules trough the crystallization of water under the high pressure and low temperature conditions. Quaternary ammonium salts form hydrates at atmospheric pressure and can also form mixed hydrates in the presence of gas. It’s important to know their thermodynamic properties in order to evaluate their potential applications: one of these applications is the capture of carbon dioxide from flue gas. The semiclathrates studied were made from peralkylamonium salts (TBAB, TBACl, TBAF) and tetrabutyl phosphonium bromide (TBPB) plus several gases: CO2, N2, and CH4. The formation pressure was greatly reduced with regards to the respective gas hydrates. An eNRTL model for determining the activity coefficients of hydrate forming systems with salts has been used. Single and double salts systems were analyzed in the presence of CH4 and the data obtained is in a good agreement with the literature. The TBAB and CH4 semiclathrates system was also investigated with the results being different of those of the literature probably due to a difference on the structure of the semiclathrate. However, the results are promising, and the model gives a good predictionBased on the experimental results, a pilot plant scale process was designed. This new process consists in forming mixed hydrates of TBAB and CO2 in a bubble column. The hydrates are then removed from the column and after expansion, the mixed hydrates transform into TBAB hydrates releasing CO2, which can be returned to the bubble column

La technologie de Captage et Stockage du CO2 (CSC) est considérée comme une des principales solutions pour limiter les rejets de gaz à effet de serre (CO2) et lutter contre le réchauffement climatique. L’étape de captage fait appel à un procédé de séparation des fumées de post combustion qui a pour fonction l’extraction sélective du CO2 des autres composés. Les principales performances visées sont un taux de capture et une pureté du CO2 supérieurs à 90%, ainsi qu’une consommation énergétique minimale afin de ne pas générer un niveau trop élevé d’émissions secondaires de CO2. La perméation gazeuse par membrane dense est une technologie de séparation potentiellement applicable au captage du CO2 en post combustion. Sur la base de différents types de matériaux et mécanisme de transport associés (processus physique ou chimique) une large plage de valeurs de perméabilité et de sélectivité peut être atteinte. Une des dernières familles de membrane ayant démontrée des performances de séparation pouvant être intéressantes pour le captage du CO2 sont les membranes à transport facilité dites ‘’réactives ‘’. Une analyse systématique des performances de séparation de modules membranaires basés sur des membranes physiques (polymères denses) et sur des membranes réactives (transport facilité) pour le traitement de fumées de post combustion a été réalisée. La simulation d’un procédé de captage complet, incluant un ou deux étages de séparation membranaire, une étape de séchage et une étape de compression a ensuite été effectuée. L’ensemble des résultats, en particulier la pénalité énergétique globale du système et l’estimation des surfaces membranaires nécessaires, permet de positionner la technologie de perméation gazeuse comparativement aux autres procédés de captage
CO2 Capture and Storage (CCS) is a promising solution to separate CO2 from flue gas, to reduce the CO2 emissions in the atmosphere, and hence to reduce global warming. In CCS, one important constraint is the high additional energy requirement of the different capture processes. That statement is partly explained by the low CO2 fraction in the inlet flue gas and the high output targets in terms of CO2 capture and purity (>90%).Gas permeation across dense membrane can be used in post combustion CO2 capture. Gas permeation in a dense membrane is ruled by a mass transfer mechanism and separation performance in a dense membrane are characterized by component’s effective permeability and selectivity. One of the newest and encouraging type of membrane in terms of separation performance is the facilitated transport membrane. Each particular type of membrane is defined by a specific mass transfer law. The most important difference to the mass transfer behavior in a dense membrane is related to the facilitated transport mechanism and the solution diffusion mechanism and its restrictions and limitations.Permeation flux modelling across a dense membrane is required to perform a post combustion CO2 capture process simulation. A CO2 gas permeation separation process is composed of a two-steps membrane process, one drying step and a compression unit. Simulation on the energy requirement and surface area of the different membrane modules in the global system are useful to determine the benefits of using dense membranes in a post combustion CO2 capture technology

Les matériaux composites prennent une place importante dans les applications industrielles ou plus largement dans notre vie courante. Les composites synthétiques substituent les matériaux métalliques en raison du gain de poids pour des propriétés mécaniques identiques. Ce type de matériaux est largement répandu dans les domaines du transport et du stockage de l’énergie. Les composites naturels (bois) sont également très utilisés notamment dans le domaine de l’habitat. L’inconvénient de ces matériaux réside dans leur difficulté à maintenir leurs caractéristiques mécaniques en cas d’incendie ; l’étude de leur tenue au feu est donc un enjeu majeur. Ce travail de thèse vise à développer un modèle numérique de décomposition d’un matériau composite soumis à un flux de chaleur. La simulation de différents cas d’attaque thermique permet d’étudier les interactions entre les processus de transferts de masses, de chaleur et de réactions chimiques au sein du solide. Le modèle développé, 3D décrit les transports au sein des pores du matériau à l’échelle de Darcy. Le transfert de chaleur par conduction est écrit sous forme tensoriel permettant de définir des conductivités dans les 3 directions de l’espace. Pour les 2 types de matériaux, un schéma réactionnel multi-étapes est défini afin de décrire le processus de pyrolyse. Les essais en cône calorimètre qui ont servi à développer le modèle ont été réalisées sous atmosphère inertes (N2) ce qui permet « d’éliminer » la présence de la flamme à la surface du matériau ainsi que les réactions hétérogènes pouvant se produire en présence d’oxygène. Les conditions aux limites définis sont donc plus simples et mieux maitrisées car le caractère instationnaire de la flamme n’est pas pris en compte. Les schémas réactionnels se composent donc uniquement des réactions de pyrolyse excluant ainsi toutes réactions hétérogènes. Les gaz de pyrolyse sont assimilés à un gaz inerte. Les réactions intra-pores sont donc négligées et l’hypothèse de l’équilibre thermique locale entre les phases solides et le gaz environnant est assumée. La construction du modèle décomposition thermique des 2 types de matériaux suit une démarche de séparation des échelles. Les différents processus de transport de chaleur, de masses et de réactions chimiques sont étudiés séparément afin de s’affranchir des interactions et de valider séparément les modèles. Le modèle global est ensuite reconstruit afin de tenir compte de ces interactions. La dégradation thermique est d’abord étudiée à une échelle « 0D » afin de développer les schémas réactionnels. L’Analyse Thermogravimétrique est alors utilisée à cette étape ou des expériences sont conduites à différentes vitesses de chauffage sous atmosphère inerte. Les phénomènes de transports au sein de la particule solide peuvent être négligés, la température de la particule est homogène et sa dynamique est connue. A cette étape, seul le processus de pyrolyse est mis en jeu. Les différentes familles de réactions sont identifiées et décrites au sein du modèle par des réactions apparentes de type Arrhenius. Les constantes cinétiques sont calculées par des méthodes mathématiques inverses. L’influence de la vitesse de chauffage sur le processus de pyrolyse est analysée. Une simulation 2D est réalisée à 2 vitesses de chauffages afin d’analyser l’évolution des gradients thermiques et de pression au sein de la particule. Les phénomènes de transports de chaleur et de masses sont pris en compte à l’échelle du matériau et étudiés par des expériences réalisées en cône calorimètre. A cette échelle, les phénomènes de transports de masses et de chaleur sont calculés. Des simulations sont réalisées pour 2 flux de chaleurs. Les interactions entre les processus de transport de masses, de chaleur et de pyrolyse sont étudiées en analysant les échelles locales de temps et de longueurs afin d’identifier quels sont les phénomènes limitant sur le processus global de décomposition thermique
Composite materials occupy a critical position in industrial applications or more broadly in our daily life. Synthetic composites substitute metallic materials due to their lightweight properties to achieve identical mechanical performance. They are widely used in the fields of energy transportation and storage. Natural composites (wood) are also widely used, especially in construction industry. The disadvantage of these materials involves the disability in maintaining their mechanical characteristics in a fire scenario, and the study of their fire resistance is therefore a major issue. This thesis aims to develop a mathematical model of thermal decomposition of composite materials subjected to different heating conditions. The simulations of different cases of thermal decomposition make it possible to study the interactions among the processes of heat and mass transfer as well as chemical reactions within the solid. The developed 3D model describes the gas transport within the pores of materials at the Darcy scale. Thermal conductivity is formulated in a tensor form allowing the definition of heat transfer in three directions of the domain. For the two types of materials, a multi-step reaction scheme is defined to describe the pyrolysis process. The cone calorimeter tests used to validate the model were carried out under an inert atmosphere (Nitrogen) which makes it possible to eliminate the presence of flame on the material surface as well as the heterogeneous reactions which can occur in the presence of oxygen. Therefore, the defined boundary conditions are quite simple and well-controlled to characterize without considering the unsteady flame. Pyrolysis gasses are assembled into inert gas, therefore, the gas reactions in the pore are neglected and the local thermal equilibrium between the solid and gas phase is assumed. The implementation of this pyrolysis model follows a scale separation process with two types of materials. The different heat and mass transfer processes, as well as chemical reactions, are studied separately to avoid the interactions, then the model is reconstructed to take these interactions into account. The pyrolysis behavior is firstly studied at a "0D" scale to develop the part of chemical reactions. The thermogravimetric analysis (TGA) is used at this scale and related experiments are conducted at different heating rates under an inert atmosphere. At this scale, only the chemical reactions are involved with known kinetics, and the heat and mass transport within the solid can be neglected with homogeneous temperature distribution. The different chemical reactions are described with the Arrhenius-type equation. The kinetic parameters are calculated by the inverse modeling method. The influence of the heating rate on the pyrolysis process is analyzed and 2D simulations are conducted at two heating rates to analyze the evolution of thermal and pressure gradients within the solid. The phenomena of heat and mass transport are considered and studied by bench-scale experiments which are conducted in the cone calorimeter. The corresponding simulations are implemented under two heat flux. The interactions among the heat and mass transport as well as chemical reaction processes are studied by analyzing the local time and length scales to identify what are the dominant phenomena through the whole pyrolysis process

Pendant les transitions glaciaire-interglaciaires,on observe une augmentation en partie abrupte de près de 100 ppm du CO2atmosphérique, indiquant une redistribution majeure entre les réservoirs de carbone des continents, de l'océan et de l'atmosphère.Expliquer les flux de carbone associés à ces transitions est un défi scientifique, qui nécessite une meilleure compréhension du stock de carbone ‘initial’ dans la biosphère terrestre au cours de la période glaciaire. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes terrestres et des stocks de carbone au cours du dernier maximum glaciaire (LGM, il y a environ21.000 ans), à travers plusieurs nouveaux développements dans le modèle global de végétation ORCHIDEE-MICT, pour améliorer la représentation de la dynamique de la végétation, la dynamique du carbone dans le sol du pergélisol et les interactions entre les grands herbivores et la végétation dans le modèle de la surface terrestre.Pour la première partie, la représentation de la dynamique de la végétation dans ORCHIDEEMICT pour les régions des moyennes et hautes latitudes, a été calibrée et évaluée avec un ensemble de données spatiales de classes de végétation, production primaire brute, et de biomasse forestière pour la période actuelle.Des améliorations sont obtenues avec la nouvelle version du modèle dans la distribution des groupes fonctionnels de végétation. Ce modèle a ensuite été appliqué pour simuler la distribution de la végétation au cours de laLGM, montrant un accord général avec les reconstructions ponctuelles basées sur des données de pollen et de macro-fossiles de plantes.Une partie du pergélisol (sols gelés en permanence) contient des sédiments épais,riches en glace et en matières organiques appelés Yedoma, qui contiennent de grandes quantités de carbone organique, et sont des reliques des stocks de carbone du Pléistocène.Ces sédiments ont été accumulés sous des climats glaciaires. Afin de simuler l'accumulation du carbone dans les dépôts de Yedoma, j’ai proposé une nouvelle paramétrisation de la sédimentation verticale dans le module de carbone dans le sol de ORCHIDEE-MICT. L'inclusion de ce processus a permis de reproduire la distribution verticale de carbone observée sur des sites de Yedoma. Une première estimation du stock de carbone dans le pergélisol au cours du LGM est obtenue, de l’ordre de ~ 1550 PgC, dont 390 ~446 PgC sous forme de Yedoma encore intacts aujourd’hui (1,3 millions de km2).Potentiellement, une plus grande surface de Yedoma pourrait être présente pendant leLGM, qui a disparue lors de la déglaciation.Pour la troisième partie, à la lumière des impacts écologiques des grands animaux, et le rôle potentiel des méga-herbivores comme une force qui a maintenu les écosystèmes steppiques pendant les périodes glaciaires, j'ai incorporé un modèle de d’herbivores dans ORCHIDEE-MICT, basé sur des équations physiologiques pour l'apport énergétique et les dépenses, le taux de natalité, et le taux de mortalité pour les grands herbivores sauvages.Le modèle a montré des résultats raisonnables de biomasse des grands herbivores en comparaison avec des observations disponibles aujourd’hui sur des réserves naturelles. Nous avons simulé un biome de prairies très étendu pendant le LGM avec une densité importante de grands herbivores. Les effets des grands herbivores sur la végétation et le cycle du carbone du LGM ont été discutés, y compris la réduction de la couverture forestière, et la plus grande productivité des prairies.Enfin, j’ai réalisé une estimation préliminaire du stock total de carbone dans le permafrost pendant le LGM, après avoir tenu compte des effets des grands herbivores et en faisant une extrapolation de l'étendue spatiale des sédiments de type Yedoma basée sur des analogues climatiques et topographiques qui sont similaires à la région de Yedoma actuelle
During the repeated glacialinterglacialtransitions, there has been aconsistent and partly abrupt increase of nearly100 ppm in atmospheric CO2, indicating majorredistributions among the carbon reservoirs ofland, ocean and atmosphere. A comprehensiveexplanation of the carbon fluxes associatedwith the transitions is still missing, requiring abetter understanding of the potential carbonstock in terrestrial biosphere during the glacialperiod. In this thesis, I aimed to improve theunderstanding of terrestrial carbon stocks andcarbon cycle during the Last Glacial Maximum(LGM, about 21,000 years ago), through aseries of model developments to improve therepresentation of vegetation dynamics,permafrost soil carbon dynamics, andinteractions between large herbivores andvegetation in the ORCHIDEE-MICT landsurface model.For the first part, I improved theparameterization of vegetation dynamics inORCHIDEE-MICT for the northern mid- tohigh-latitude regions, which was evaluatedagainst present-day observation-based datasetsof land cover, gross primary production, andforest biomass. Significant improvements wereshown for the new model version in thedistribution of plant functional types (PFTs),including a more realistic simulation of thenorthern tree limit and of the distribution ofevergreen and deciduous conifers in the borealzone. The revised model was then applied tosimulate vegetation distribution during theLGM, showing a general agreement with thepoint-scale reconstructions based on pollen andplant macrofossil data.Among permafrost (perennially frozen) soils,the thick, ice-rich and organic-rich siltysediments called yedoma deposits hold largequantities of organic carbon, which areremnants of late-Pleistocene carbonaccumulated under glacial climates. In order tosimulate the buildup of the thick frozen carbonin yedoma deposits, I implemented asedimentation parameterization in the soilcarbon module of ORCHIDEE-MICT. Theinclusion of sedimentation allowed the modelto reproduce the vertical distribution of carbonobserved at the yedoma sites, leading toseveral-fold increase in total carbon. Simulatedpermafrost soil carbon stock during the LGMwas ~1550 PgC, among which 390~446 PgCwithin today’s known yedoma region (1.3million km2). This result was still anunderestimation since the potentially largerarea of yedoma during the LGM than todaywas not yet taken into account.For the third part, in light of the growingevidence on the ecological impacts of largeanimals, and the potential role of megaherbivoresas a driving force that maintainedthe steppe ecosystems during the glacialperiods, I incorporated a dynamic grazingmodel in ORCHIDEE-MICT, based onphysiological equations for energy intake andexpenditure, reproduction rate, and mortalityrate for wild large grazers. The model showedreasonable results of today’s grazer biomasscompared to empirical data in protected areas,and was able to produce an extensive biomewith a dominant vegetation of grass and asubstantial distribution of large grazers duringthe LGM. The effects of large grazers onvegetation and carbon cycle were discussed,including reducing tree cover, enhancinggrassland productivity, and increasing theturnover rate of vegetation living biomass.Lastly, I presented a preliminary estimation ofpotential LGM permafrost carbon stock, afteraccounting for the effects of large grazers, aswell as extrapolations for the spatial extent ofyedoma-like thick sediments based on climaticand topographic features that are similar to theknown yedoma region. Since these results werederived under LGM climate and constantsedimentation rate, a more realistic simulationwould need to consider transient climate duringthe last glacial period and sedimentation ratevariations in the next step

Le recyclage du combustible nucléaire passe par la production de poudres d’oxydes mixtes (U,Pu)O₂. Un des principaux procédés utilisés pour obtenir ce type de poudre comporte une étape de calcination d’oxalates mixtes qui se décomposent en oxyde. Le contrôle des propriétés physico-chimiques de la poudre au cours du traitement thermique des oxalates (étape précédant la mise en forme des pastilles combustibles) requiert une attention particulière, car celles-ci auront une conséquence directe sur l’aptitude à la compaction et au frittage.Dans ce contexte, ces travaux traitent de l’évolution des caractéristiques des poudres, et de la cinétique des différentes étapes de décomposition les influençant, lors de la calcination des oxalates mixtes U-Ce (simulant U-Pu).Une étude expérimentale détaillée sur les caractéristiques morphologiques et texturales, notamment la surface spécifique, a été menée et a permis de dresser un schéma d’évolution de la poudre lors des différentes étapes de décomposition. De plus, les variations de la teneur en carbone au cours de la calcination ont aussi été étudiées. Ce travail a permis d’identifier les étapes de décomposition d’intérêt pour le contrôle des caractéristiques des poudres lors du procédé de calcination.Enfin, ces étapes réactionnelles d’intérêt ont fait l’objet d’une étude cinétique détaillée. Celle-ci a conduit à l’identification de modèles adaptés au système d’étude qui décrivent les phénomènes physiques et chimiques ayant lieu au cours de la décomposition
Nuclear fuel recycling process includes production of mixed oxide powder as (U,Pu)O₂. One of the most common processes actually investigated to get this kind of powder involves a calcination step of mixed oxalate which decomposes in oxide products. Physical and chemical powder characteristics during oxalate heat treatment (taking place before pellet shaping step) need a special attention. In fact, powder properties can affect directly their sintering and compaction abilities.The aim of this work deals with the powder characteristics evolution and the decomposition kinetics of steps having an effect on them, during U-Ce mixed oxalate calcination (surrogate system of U-Pu couple).A detailed experimental study of morphological and textural characteristics, especially specific surface area, has been carried out. The results have enabled to achieve a textural evolution pattern during different steps of oxalate decomposition. Moreover, carbon content variations through heat treatment process have been studied. This experimental route point out the most interesting decomposition steps impacting powder characteristics during calcination.Finally, a kinetic study of these decomposition steps has been performed. This exercise led to suitable kinetic models describing physical and chemical phenomena taking place during oxalate thermal decomposition process

Le stockage géologique du CO2 et/ou la récupération assistée de pétrole par injection de CO2 dans des réservoirs pétroliers, pourraient permettre de limiter le CO2 atmosphérique. Cependant, le CO2 peut être associé à de l’oxygène. Prédire l’évolution des hydrocarbures dans ces conditions, implique d’étudier les mécanismes de l’oxydation. Des expériences d’oxydation et des modélisations cinétiques détaillées ont été réalisées avec des composés modèles purs ou en mélange. La comparaison des résultats expérimentaux et de modélisation a permis la construction d’un mécanisme d’oxydation d’hydrocarbures, et a souligné les paramètres influençant l’apparition d’une auto-inflammation. La bonne cohérence des expérimentations et des modélisations, est prometteuse pour le développement d’un outil de prédiction afin de déterminer la limite d’auto-inflammation ainsi que l’évolution de la composition des hydrocarbures, pour estimer la stabilité d’un système pétrolier en contexte d’injection de CO2
The geological storage of CO2 (CO2 Capture-Storage – CCS) and the Enhanced Oil Recovery (EOR) by CO2 injection into petroleum reservoirs could limit CO2 atmospheric accumulation. However, CO2 can be associated with oxygen. To predict the hydrocarbon evolution under these conditions involves the study of oxidation mechanisms. Oxidation experiment and kinetic detailed modeling were carried out with pure compounds. The comparison between experimental and modeling results led to the construction of a hydrocarbon oxidation kinetic model and emphasized the parameters leading to auto ignition. The good agreement between our experiments and modeling are promising for the development of a tool predicting the critical temperature leading to auto-ignition and the evolution of hydrocarbon composition, to estimate the stability of a petroleum system in CO2 injection context

Dans le dernier siècle, le transport et en particulier l'utilisation des voitures privées a émergé comme une des sources principales d'émission de CO2 (deuxième derrière la production d'énergie). Plusieurs villes dans le monde ont mis en place des stratégies pour faire face à ce phénomène afin de limiter les impacts environnementaux néfastes. Certaines stratégies n'ont pas pu atteindre leur objectif, voire ils ont eu des réactions négatives auprès des individus. Le but de cette thèse de doctorat consiste à proposer une méthodologie et une plateforme pour la modélisation et la simulation du système de mobilité. Cette plateforme sera ensuite utilisée pour implémenter des scénarios d'occupation de sol et de transport dans un monde virtuel pour étudier leur impact sur le comportement humain en termes de mobilité. Pour la modélisation de la dynamique des déplacements évoqués par la mobilité locale, nous proposons une méthode hybride (automates cellulaires et systèmes multi-agents) permettant de traiter des données complexes tout en les intégrant au sein de différentes échelles spatio-temporelles
In the last century, transport and in particular the use of private cars has emerged as a major source of CO2 emissions (second behinf energy production). Several cities in the world have put in place strategies to deal with this problem and to reduce its adverse enviromental impacts. Some strategies could not achieve their objectives, and had negative reactions from individuals. The ail of this PhD thesis is to propose a methodology and a platform for modelling and simulating people mobility systems. The developed plat form is, then, used to implement land use and transportation scenarios and strategies in a virtual world to study their impact on human behavior in terms of mobility. To develop this platform, we propose a hybrid model, combining cellular automata and multi-agent systems, capable of handling the complexity of the mobility system able to present it at various spatial ans temporal scales

L'Union Européenne a un programme ambitieux pour faire face aux effets du changement climatique, les institutions européennes devant désormais prendre en compte l'environnement dans le cadre de ses politiques. L'objectif de ma thèse consiste à évaluer les impacts des politiques publiques européennes sur l'agriculture et l’environnement, de mesurer leurs effets croisés et d'évaluer l'intérêt d'une meilleure coordination de ces politiques. La thèse vise à enrichir l'analyse économique sur des problématiques importantes recentrées sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) agricoles dans l'UE et le niveau de la production agricole, sous un angle quantitatif. La méthodologie repose sur un modèle de programmation mathématique qui simule l’offre agricole européenne (AROPAj), utilisant les données du Réseau d'Information Comptable Agricole. L'analyse est réalisée à plusieurs niveaux, européen, national, régional et infra-régional, tenant compte de la variabilité du contexte économique qui caractérise l'agriculture européenne sur les six années 2007-2012. Nous évaluons tout d'abord comment l'agriculture peut contribuer à l'atténuation des émissions de GES dans l'UE et nous offrons une analyse détaillée des courbes de coûts marginaux d'abattement. Les résultats indiquent qu’en moyenne, sur la période 2007-2012, l’agriculture européenne peut réduire ses émissions d’environ 10%, 20% et 30% respectivement, pour les prix des émissions de 38, 112.5 et 205 Euros/tCO2eq. Nous montrons que l’agriculture peut offrir une atténuation substantielle et que le potentiel et les coûts d’atténuation varient substantiellement dans le temps et dans l’espace. La deuxième problématique étudiée porte sur la compatibilité entre l’augmentation de la production agricole et la diminution de l’impact de l’agriculture sur l’environnement. En introduisant une approche primale (via un prix du carbone) et une approche duale (via un objectif calorique), nous montrons qu’on peut réduire les émissions de GES et modifier l’offre agricole tout en augmentant la quantité en calories alimentaires. On étend la problématique des émissions de GES, en dissociant les prix des deux gaz (CH4 et N2O). Un système de prix différenciés permet de mieux adapter la politique de régulation climatique en fonction de l'horizon de temps sur lequel on se projette, offrant une flexibilité dans la réduction des coûts d’abattement des émissions
The European Union has an ambitious agenda to deal with the effects of climate change, the European institutions must now take environment into account within the framework of its policies. The objective of my thesis is to evaluate the impacts of European public policies on agriculture and environment, to measure their crossed effects and to assess the potential for a better coordination of these policies. The thesis aims to enrich the economic analysis on important issues refocused on the reduction of agricultural greenhouse gas emissions in the EU and the level of agricultural production, from a quantitative perspective. The methodology is based on a mathematical programming model that simulates the European agricultural supply (AROPAj), using data from the Farm Accountancy Data Network. The analysis is carried out at several levels, European, national, regional and sub-regional, taking into account the variability of the economic context that characterizes the European agriculture over the six years 2007-2012. We first assess how agriculture may contribute to the mitigation of EU GHG emissions and provide a detailed analysis of marginal abatement cost curves. The results show that, on average, over the period 2007-2012, EU agriculture may reduce its emissions by around 10%, 20% and 30%, respectively for emission prices of 38, 112.5 and 205 EUR/tCO2eq. We show that agriculture may offer substantial mitigation and that mitigation costs and potential vary in time and in space. The second issue studied concerns the compatibility between the increase in agricultural production and the reduction of the impact of agriculture on the environment. By introducing a primal approach (via a carbon price) and a dual approach (via a calorie target), we show that we can reduce GHG emissions and change agricultural supply while increasing the quantity of food calories. We extend the issue of GHG emissions by separating the prices of the two gases (CH4 et N2O). A differentiated price system allows to better adapt the climate regulation policy according to the time horizon on which we are projected, offering flexibility in reducing the emission abatement costs