Academic literature on the topic 'Filtre électrostatique'

La filtration des particules diesel est un enjeu industriel et environnemental majeur depuis la découverte des effets cancérigènes de ces particules et l'avènement des réglementations drastiques Euro IV (2005) et V (2008-2010). Le but de cette étude est de montrer la faisabilité industrielle d'une filtration de ces particules sur un support métallique fibreux plongé dans un champ électrique. Le procédé prend la forme d'un électrofiltre fil-cylindre à contre-électrode poreuse à travers de laquelle passe tout le gaz traité. Il a été montré que ce procédé pouvait avantageusement être utilisé comme agglomérateur de particules et permettait un glissement de taille d'un facteur 50 des particules diesel. Le procédé, de par sa conception originale, permet de travailler avec des temps de séjour de quelques millisecondes et avec une forte intensité énergétique, ce qui entraîne par conséquent un volume extrêmement réduit compatible avec un montage sur véhicule. Sur un plan technique, le filtre électrostatique s'est montré peu tributaire des matériaux utilisés, en terme de matrices filtrantes et d'électrodes haute tension, mais très influencé par contre par la polarité de la haute tension et la qualité de l'isolation électrique. Les derniers essais avec un montage optimisé ont permis d'obtenir des abattements minimums de 90% en nombre de la phase particulaire submicronique diesel sur cycle NEDC avec des surconsommations carburant estimées de moins de 1%, ce qui correspond à peu près à une énergie volumique de 1 Joule par litre de gaz traité. Cette étude a permis de mettre au point un modèle mathématique de l'agglomérateur intégrant les toutes dernières avancées sur les méthodes numériques de résolution des équations de Maxwell en présence de charge espace, sur la prise en compte de la turbulence et sur le traitement des particules diesel comme amas fractaux. Le procédé est actuellement dans une phase d'industrialisation très avancée
The filtration of diesel particulate matter is a major industrial and environmental stake, since the discovery of carcinogenic effects of this kind of particles and the advent of Euro IV (2005) and Euro V (2008-2010) regulations. The aim of this study is to point out the industrial practicability of filtration of this particles by a fibrous media immersed in an electric field. The global shape of this process is a wire-to-cylinder electrostatic precipitator with an porous earth collecting electrode, the whole flow passing through it. It was shown that this process is essentially an agglomerator and not a filter, and that it allows an increase by 50 of the mean diameter of particles. The process, by its completely new and original shape, allows to work with only several millisecondes of residence time. The energetic intensity is so important that the whole volume is compatible with an installation on vehicles. On a technical point of view, the efficiency of this electrostatic agglomerator depends only little on the fibrous matrices or high voltage electrodes used. It is in return very influenced by the quality of electric insulation by ceramic plugs between the canning and high voltage electrodes, and by the discharge polarity. During the last tests with a very optimised agglomerator, we obtain a decrease of 90% in number of the submicronic particulate matter (on a NEDC cycle), with a fuel over-consumption of less than 1%, which corresponds to an "volumic energy” of about 1 Joule per litre. A mathematical model of agglomerator was constructed during this study, integrating the last recent improvements in numeric simulation of Maxwell's equations in presence of space charge, integrating the particle turbulence and taking into account the fractal dimension of diesel aerosol particles. The process is nowadays in an advanced industrialisation stage

L'électronique moléculaire constitue une alternative technologique pour la nanoélectronique. Ce domaine nécessite l'invention de nouveaux équipements afin de pouvoir déposer de grosses molécules fragiles sur des surfaces isolantes sous ultra haut vide (UHV). Conserver intacte la structure spécifique de la molécule après adsorption est primordial pour les fonctionnalités du dispositif envisagé. La technique de dépôt généralement utilisée pour déposer des atomes et molécules neutres sous UHV est l'évaporation thermique. Cette technique est cependant trop énergétique pour déposer des molécules fragiles. Il est donc nécessaire de concevoir des procédés de dépôt moins destructifs utilisant un spectromètre de masse. L'appareil commercial utilisé pour notre étude est un spectromètre de masse Finnigan triple quadrupôle TSQ700, couplé à un équipement multi-chambres, sous UHV, appelé " Dinamo " UHV Factory. Afin de transformer le TSQ700 en source d'ions de basse énergie, nous avons étudié la distribution en énergie des ions, avec le logiciel SIMION(r). Cette étude a révélé que le faisceau d'ions présentait une trainée à haute énergie pouvant aller jusqu'à 1500 eV. Pour trier en énergie le faisceau d'ions, nous avons choisi d'ajouter un secteur électrostatique. Une mesure du courant d'ions en sortie du secteur électrostatique montre que la trainée haute énergie a bien été supprimée. Le spectromètre modifié a été utilisé pour déposer des ions CF3+ sur une surface de KBr (001) caractérisée par la suite par microscopie à force atomique en mode non contact (NC-AFM) et par microscopie à sonde de Kelvin (KPFM). Les observations KPFM confirme la présence de charges positives en surface
Molecular electronics is an alternative technology for nanoelectronics. It requires the conception of new equipments in order to deposit large and fragile molecules on insulating surfaces under ultra high vacuum (UHV). Keeping intact the deposited molecules is essential for the functionality of the fabricated devices. The most generally used deposition technique for molecules under UHV is thermal evaporation. However, this technique is often detrimental for fragile molecules. The development of less destructive deposition methods is therefore needed. An alternative technique is based on the use of a dedicated mass spectrometer. The commercial device used for our study is a Finnigan triple quadrupole mass spectrometer TSQ700 coupled to a multi-chamber equipment under UHV called " Dinamo " UHV Factory. To transform the TSQ700 in a low energy ion source, we studied the energy distribution of the ions at the exit of the analyzer by using the simulation software SIMION(r). This study revealed that the ion beam displays a high energy tail up to 1500 eV. The ion beam must then be filtered in energy in order to remove the high energy tail. To filter the ions in energy, we decided to add an electrostatic sector. The ion current measured at the output of electrostatic sector showed that the high-energy tail has been removed after this modification. The modified spectrometer was used to deposit CF3+ ions on a KBr(001) surface then characterized by Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM) and Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM). KPFM observations are consistent with the presence of positive charges

Aceasta lucrare este dedicată ameliorării randamentului masic al electrofiltrelor cilindrice. Randamentul masic este o funcŃie de mai mulŃi factori: intensitatea câmpului electric, încărcarea cu sarcină electrică a particulelor, suprafaŃa de colectare, viteza gazului etc. Studiul intensităŃii câmpului electric s-a efectuat cu ajutorul unui program numeric dezvoltat in cadrul Laboratorului de Materiale Electrotehnice (Facultatea de Inginerie Electrica, UPB). O intensitate mare a câmpului electric determină o injecŃie de sarcină electrică mai intensă si favorizează o încărcare mai buna a particulelor. SuprafaŃa de colectare a electrofiltrului cilindric modular este mai mare decât cea corespunzătoare electrofiltrului clasic. Studiul experimental realizat in cadrul Laboratorului de Electrostatica Aplicata (IUT Angouleme – Universite de Poitiers) a pus in evidenta o distribuŃie de curent apropiata de cea calculata si mai mare decât cea corespunzătoare electrofiltrului cilindric clasic. Studiul randamentului masic a arătat că electrofiltrul cilindric modular are o eficienŃă de colectare mai mare decât cea corespunzătoare electrofiltrului cilindric clasic in aceleasi condiŃii experimentale. De asemenea, au fost studiate si influentele diversilor parametri care influenŃează procesul de captare: masa de particule, valoarea tensiunii de alimentare, presiunea gazului, timp de funcŃionare etc. In ultima parte a tezei a fost determinata funcŃia de răspuns a unui electrofiltru de tip modular
This paper is dedicated to improving the cylindrical electrostatic precipitator efficiency. The massic efficiency is a function of several factors: electric field, particles charging, collection surface, gas velocity, etc. A study of electric field intensity was performed using a numerical program developed in the Laboratory of Electrotechnical Materials (Faculty of Electrical Engineering, UPB). A high intensity of electric field causes a bigger electric charge injection and foster greater higher charge particles. Also, the collection surface of the cylindrical modular precipitator is greater than the corresponding classical one. Experimental study conducted in the Applied Electrostatics Laboratory (IUT Angouleme - University of Poitiers) show that the experimental current density distribution is close to the calculated and greater than the corresponding classical one. The experimental study showed that the mass efficiency of the cylindrical modular precipitator is higher than the corresponding classic cylindrical precipitator for the same experimental conditions. Has been studied the influences of various parameters involved in the particles collection process: particles mass, the voltage supply, gas pressure, functioning time etc. In the last part of this work was determined the response function of a modular type precipitator

Les électroprécipitateurs sont essentiellement utilisés dans l'épuration des gaz. L'inconvénient majeur est le surdimensionnement de ce type d'appareil. Le but de ce travail de thèse consiste à étudier et à modéliser la dispersion des particules submicroniques à travers un électroprécipitateur cylindrique afin de déterminer l'efficacité de filtration de ce type d'appareil. Après avoir passé en revue la théorie sur les particules en suspension et les techniques de filtration gaz-particules, nous proposons une synthèse des moyens disponibles, à ce jour, pour le dimensionnement des électrofiltres. Ensuite, nous décrivons le banc expérimental conçu suivant les normes en vigueur tout en insistant sur les techniques d'évaluation expérimentale de l'efficacité de collection. Dans le quatrième chapitre, nous développons un code de calcul sur la base d'un modèle du type convection-diffusion couplé avec le champ électrique non uniforme et un modèle de charge précis. Cet outil de prédiction est basé sur une formulation Volumes Finis. Nous terminons par un chapitre, où nous exposons les résultats de notre étude expérimentale et les résultats de simulation
The electroprecipitator are mainly used in the gas cleaning. The major disadvantage is the oversizing of this apparatus type. This aim of phD work consists in studying and modelling the dispersion of the submicronic particles inside a cylindrical electroprecipitator in order to determine the collection efficiency of this apparatus. After having reviewed the theory on the suspended particles and the technical filtration of gas-particles flow, we propose a synthesis of the means available, for the electrostatic precipitator design. Then we describe the experimental apparatus designed in accordance with the standards in force. We lay particular stress on the experimental evaluation technical of the collection efficiency. Finally in the fourth chapter, we develop a numerical model. It is based on convection-diffusion model with a none uniform electric field and a charge model precise. This prediction tool is based on a finite Volumes method. We finish by a chapter where we expose the results of our experimental study and the simulation results

Les forces électrostatiques augmentent notablement l'efficacité de collecte des particules plus fines dans les filtres à électret. En dépit de nombreuses études réalisées jusqu'à présent, la caractérisation de l'état de charge des medias filtrants à électret et la stabilité de ces charges reste à approfondir. L'étude que nous avons effectuée est focalisée sur la formation d'électrets fibreux non tissés, afin d'améliorer les performances des filtres industriels. Son objectif est double : (1) évaluer la réponse de cette classe de matériaux diélectriques à un dépôt de charges générées par décharge couronne ; (2) appréhender les mécanismes complexes responsables d'affaiblissement de son état de charge. L'étude du processus de génération des charges électriques ainsi que le contrôle du dépôt de celles ci à la surface des diélectriques fibreux sont facilités par la réalisation d'un système d'électrode couronne de type "triode". La caractérisation de l'état de charge et la stabilité de l'électret est essentiellement basée sur la mesure du potentiel de surface, réalisée à l'aide d'une sonde à condensateur vibrant de Kelvin. Le suivi du déclin de potentiel de surface dans le temps est piloté par ordinateur, l'acquisition des données étant effectuée à l'aide d'un instrument virtuel (LabView). Les données expérimentales sont ensuite traitées et analysées à l'aide des routines développées dans l'environnement Matlab. Les essais ont été réalisés sur des échantillons en Polypropylène non-tissés, caractérisés par des différentes tailles et orientations des fibres. Ces caractéristiques intrinsèques des matériaux affectent sensiblement le niveau initial et la dynamique du potentiel de surface. La caractérisation du media filtrant à électret est réalisée pour plusieurs situations et conditions de formation d'électret fibreux non tissés, à savoir, le niveau et la polarité du potentiel de la grille par lequel le dépôt des charges est contrôlé, la température à laquelle l'échantillon est chauffé avant qu'il reçoit des charges générées par la décharge couronne et l'humidité relative à laquelle le dépôt des charges et le déclin du potentiel se déroulent. Nous avons constaté que le niveau initial de charge des médias fibreux est limité par des décharges électriques, dues à des intensifications locales du champ électrique. Les courbes de déclin de potentiel se distinguent de celles obtenues pour des surfaces continues telles que les films et les plaques polymères, malgré certaines similitudes, comme le phénomène de "cross-over". À température suffisamment élevée, le piégeage des charges en profondeur est plus stable, par contre l'humidité accroît déclin de potentiel de surface et la conduction de la charge vers l'électrode liée à la terre. Également, des dépôts successifs des charges électriques réduisent sensiblement le déclin de potentiel et augmentent la stabilité de l'état de charge des filtres à électrets
Electrostatic forces increase the collection efficiency of fine particles in electrets filters; The objective of the present, carried with industrial, was double: (1) evaluate the response of this class of dielectric materials to a deposit of charges generated by corona discharge in a "triode"-type electrode system; (2) understand the mechanisms of charge decay, by measuring the electric potential at the surface of the samples, using a vibrating capacitor probe connected at the electrostatic voltmeter. The acquisition and processing of data were performed using a virtual instrument (LabView) and routines developed in Matlab environment. The tests were performed on samples of polypropylene non-woven fabrics made of fibers of different sizes and orientations. These intrinsic characteristics of the materials affect the initial level and the dynamics of the surface potential. The behaviour of the filter media is also influenced by the following factors: level and polarity of the potential of the grid electrode that controls the charge deposition; the temperature at which the sample is preheated; the relative humidity of ambient air. The initial level of charge of the fibrous media is limited by partial discharges, due to local intensification of the electric field. At high temperatures, the trapping of charges is more stable, while the humidity increases the conduction of charge to the electrode connected to ground. Successive deposits of electrical charges significantly reduce the potential decay and increase the stability of the charge state of the filters

Le filage par voie électrostatique est une technique utilisée pour la production de fibres de diamètres extrêmement petits, de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, possédant, sous forme de non-tissés, une grande surface spécifique. Les matériaux non-tissés composés de nanofibres sont de plus en plus utilisés pour de multiples applications, notamment dans le domaine de l’ingénierie tissulaire, pour les textiles de protection, la filtration, le biomédical, l’électronique et l’ingénierie environnementale. Le contrôle des paramètres lors du filage par voie électrostatique est primordial pour obtenir des nanofibres dont les propriétés morphologiques seront optimisées (diamètres des nanofilaments obtenus fins et contrôlés ; qualité de filage acceptable). Le but de ces travaux de thèse est d’établir la faisabilité d’électrofilage des deux solutions de polyamide-imide (le KMP et le KMT) fournies par la société Kermel. Puis, une fois la faisabilité de filage établie, de déterminer plus précisément les paramètres influençant le procédé, afin d’optimiser le procédé de filage et obtenir des nanofilaments à partir des deux solutions de polymères, à l’échelle laboratoire et sur un outil de production à l’échelle semi-industrielle. Cette thèse a fait l’objet d’une collaboration entre l'entreprise alsacienne Kermel, fabricant de fibres techniques résistantes à la chaleur et aux flammes, situé à Colmar et le Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (LPMT) à Mulhouse. Les nanofibres ont été définies ainsi que différentes techniques de filage permettant leur obtention. Les fournisseurs d’équipement ont été identifiés dans un souci de production semi-industrielle à terme. La technique de filage par voie électrostatique (avec ou sans aiguilles) est finalement retenue, car il s’agit de l’outil de prototypage et de compétences disponibles au laboratoire LPMT et dont le passage à l’échelle industrielle est envisageable. La technique des plans d’expériences a été utilisée afin d’optimiser le nombre d’essais de filage nécessaires à l‘étude des diamètres de nanofilaments obtenus. Les différents paramètres liés aux propriétés de la solution de polymère (température, viscosité, concentration) ont été étudiés et les aspects rhéologiques affichés. Une interprétation physico-chimique des comportements observés pour les différentes solutions de polymère est faite. Elle nous permet de conclure que le meilleur régime pour obtenir des nanofibres est le régime concentré, puisqu’il s’agit du régime où la densité de macromolécules est la plus forte. La faisabilité de l’électrofilage du polyamide-imide sur l’équipement à échelle laboratoire du LPMT a été établie. La température, l’humidité et la concentration sont étudiées. Les différentes plages d’optimisation d’électrofilage du polymère considéré ont été établies et il est possible d’envisager le passage à l’échelle semi-industrielle. Le paramètre le plus influent sur les diamètres de fibres obtenus est l’humidité relative, ce qui n’avait jusqu’à présent jamais été mis en avant dans la littérature. La même démarche d’optimisation a été réalisée sur l’équipement semi-industriel. Des applications « produit » ont pu être envisagées. Notamment une application liée à la filtration où une étude de perméabilité à l’air a été réalisée. Cette étude a permis de conclure que l’ajout d’une couche de nanofibres sur un support en tissu permet de diminuer d’1/3 à 2/3 les résultats de perméabilité à l’air. Une corrélation est faite entre les diamètres de nanofibres et les résultats de perméabilité à l’air obtenus, qui est cohérente avec le comportement attendu. Enfin des tests « qualité » ont été réalisés sur des échantillons produits : le taux de solvant résiduel obtenu dans les conditions de filage optimisées est inférieur à 8% ; et des tests de résistance à l’abrasion menés sur des non-tissés recouverts de nanofibres ont donné des résultats encourageant [...]
Electrospinning process has been widely used over the past decades for manufacturing nanofibers. The control of the electrospinning parameters is crucial to obtain nanofibers (nonwoven mats) with optimized morphological properties. The aim of this PhD work is to precisely define the electrospinnability of two meta-aramid solutions through wire-based electrospinning setup processing. Although the viscosity of polymer solution as an influent parameter for electrospinning has been widely investigated, only a few studies have yet made a connection between rheological behavior of polymer and electrospinnability. In our PhD work, rheological analyzes on three meta-aramid solutions have been conducted to confirm its electrospinnability and predict the morphological behavior of resultant nanofibers. A couple polymer/solvent of meta-aramid polymer (polyamide-imide) in a polar aprotic solvent (1,3 dimethyl-2-imidazolidinone) at 60 Pa.s in working viscosity is provided by an industrial partner (KERMEL Company). It has been highlighted through rheological study that 60 Pa.s is the best polymer viscosity to obtain good macromolecular conformation of the polyamide-imide chains while electrospinning and sufficient viscoelastic properties. Experiments have been conducted following a design of experiment to study the influence of several process and ambient parameters. Individual effects and/or combined interactions on obtained fiber diameter and general morphology have been investigated. The obtained nanofibers are expected to have thin diameters with high homogeneity of the products, which means low levels of beads, residual solvent or non-fibrous area and a narrow fiber diameter distribution, in order to validate the industrial requirements. A wide range of process parameters are available at industrial-scale with the NS® technology. The five studied process parameters are: applied voltage, relative humidity, temperature, distance between spinning electrode wire and substrate material, and airflow going through the spinning chamber. Each parameter was varied at three levels. Significant effects of parameters have been observed. The obtained results have allowed us to determine the influential factors (humidity and temperature) and reduce the domain study. Moreover, an estimation of the capacity of production for the NS500 has been calculated for the tested meta-aramid solution. Several applications have been investigated. A nanofibrous coating on 50KMP/50VFR woven media has been produced and permeability air tests have been conducted. A decrease of 1/3 to 2/3 of air permeability results has been obtained. A correlation is drawn between mean diameters of nanofibers and air permeability values, which is coherent with the expected behavior. Quality tests have been conducted through thermogravimetric analyses and proton nuclear magnetic resonance. The residual solvent rate obtained in the optimized conditions of spinning is less than 8 %. Abrasion resistance tests have been conducted on KMP non-woven media coated with nanofibrous layer. The use of the bi-layer structure does not lead to the formation of breathable particles

L’objectif de ce projet de thèse était le développement de cathodes Fe-N-C autosupportées préparées par électrofilage pour la préparation d’électrodes à porosité hiérarchique. Une telle structure pourrait améliorer l’accessibilité des sites actifs à base de Fe par l’O2 pour la réaction de réduction de l’oxygène (ORR), et les performances des cathodes Fe-N-C dans la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC). En raison de l’activité plus faible pour l’ORR des catalyseurs Fe-N-C par rapport au platine sur carbone, les couches actives Fe-N-C d’environ 100 µm d’épaisseur sont aujourd’hui l’état de l’art, environ 5 à 10 fois plus épaisses que les couches Pt/C. Pour cette raison, l’optimisation de la diffusion d’O2 dans les électrodes Fe-N-C est cruciale pour permettre le remplacement du Pt par des catalyseurs moins chers. Différentes approches ont été étudiées pour préparer des électrodes Fe-N-C autosupportées. Dans une première approche, un tapis 3D de nanofibres de polyacrylonitrile (PAN) comprenant également un précurseur de Fe et des porogènes a été préparé par électrofilage, puis traité thermiquement sous argon et NH3. Cela a abouti à des électrodes autosupportées à base de nanofibres de carbone microporeux avec des sites actifs à base de Fe. Dans une seconde approche, des solides hybrides poreux cristallisés (MOF) dopés au fer ont été formés sur un tapis 3D de nanofibres polymères (polyacrylonitrile ou polybenzimidazole, PBI), qui puis a été traité thermiquement sous argon. Pour cette approche, il a d’abord été nécessaire d’établir une méthode reproductible pour la préparation de MOF dopés au fer, qui a été réalisée avec une encapsulation ferrocène dans deux MOF différents (SIM-1 et ZIF-8). La teneur en ferrocène et les conditions de synthèse ont été optimisées séparément pour atteindre l’activité ORR la plus élevée. La même synthèse a ensuite été appliquée pour faire croître des MOF dopés au Fe sur des tapis 3D de fibres de PAN ou PBI. La croissance de ces MOF a été étudiée soit sur les fibres polymères recouvertes d’une couche mince de zinc. Les électrodes Fe-N-C préparés par ces différentes approches ont été caractérisés vis-à-vis de leur morphologie, leur structure et type de Fe par microscopie électronique à balayage, microscopie électronique à transmission, analyse dispersive en énergie, diffraction des rayons X, spectroscopie des photoélectrons X, spectroscopie Raman et spectroscopie d’absorption des rayons X. Les électrodes autosupportées et/ou les poudres de FeNC broyées ont été étudiées par voie électrochimique avec une électrode à disque rotatif et du PEMFC monocellulaire. Les matériaux actifs en ORR ont été obtenus par différentes approches. La plus prometteuse d’entre elles a été la croissance cristalline de ZIF-8 dopé au ferrocène sur des fibres de PBI reticulées, pyrolysées sous argon. Les électrodes ont été étudiées dans la PEMFC, soit après broyage des cathodes FeNC autosupportées ou en tant que structure autosupportée. Ces dernières ont été impregnées par le Nafion avant la caractérisation électrochimique in situ. Les cathodes broyées ont conservé leur structure fibreuse macroporeuse, et ils ont montré des bonnes performances en PEMFC. En raison de leur faible épaisseur (20 µm) plusieurs couches de FeNC autosupportées (fonctionnalisées par le Nafion) ont été superposées pour obtenir une activité ORR suffisante. Le concept de cathode FeNC autosupportée a été validé pour la première fois, mais il est nécessaire d’optimiser sa fonctionnalisation par le Nafion pour démontrer tous les avantages de cet approche. Les travaux suivants traiteront cet aspect pour optimiser l’activité des électrodes et leur conductivité protonique. De telles électrodes pourront également trouver une application dans d'autres dispositifs de conversion d'énergie électrochimique tels que les piles à combustible à membrane échangeuse d'anions, les supercondensateurs électrochimiques et la réduction électrochimique du CO2
The aim of this PhD thesis project was the development of self-standing Fe-N-C cathodes prepared by electrospinning, in order to achieve hierarchical microporous and macroporous electrodes. Such a structure is desirable to improve accessibility by O2 of the Fe-based active sites for oxygen reduction reaction (ORR), and therefore to improve the performance of Fe-N-C cathodes in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Due to the lower activity for ORR of Fe-N-C catalysts compared to platinum on carbon, Fe-N-C active layers of ca 100 um thickness are today the state-of-art, about 5 to 10 times thicker than Pt/C layers. For this reason, the optimization of O2 diffusion in Fe-N-C electrodes is important to allow the replacement of Pt by less expensive catalysts.Different approaches were investigated to prepare self-standing Fe-N-C electrodes. In a first approach, a 3D web of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers comprising also a Fe precursor and additional porogens was first prepared by electrospinning, and then thermally treated in argon and NH3. This resulted in self-standing electrodes based on microporous carbon nanofibers with Fe-based active sites. In a second approach, iron-doped metal-organic frameworks (MOFs) were grown on 3D web of polymer nanofibers (polyacrylonitrile or polybenzimidazole, PBI), and then thermally treated in argon. For this approach, it was first necessary to establish a reproducible method for the preparation of iron-doped MOFs, which was achieved with ferrocene encapsulation in two different MOFs (SIM-1 and ZIF-8). The ferrocene content and synthetic conditions were separately optimized to achieve the highest ORR activity. The same synthesis was then applied to grow Fe-doped MOFs on 3D webs of either PAN or PBI fibers. The growth of these MOFs was studied either on the polymer fibers, or on such fibers pre-coated with zinc.The Fe-N-C electrodes and materials prepared by these different approaches were characterized for their morphology, structure and Fe speciation by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy-dispersive x-ray spectroscopy, x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy and Fe K-edge x-ray absorption spectroscopy. The self-standing electrodes and/or grinded FeNC powders were electrochemically investigated with rotating disk electrode and single-cell PEMFC.ORR-active materials were obtained with the different approaches, but the most promising one is identified to be the crystalline growth of ferrocene-doped ZIF-8 on a web of cross-linked PBI fibers, followed by pyrolysis in argon. The electrodes were investigated in PEMFC, either after grinding the self-standing FeNC cathodes into a powder or as a self-standing structure. In the latter case, they were functionalized by Nafion before electrochemical measurement in PEMFC. Grinded FeNC cathodes are shown to retain a fibrous structure derived from the electrospinning process, leading to increased macroporosity in the electrodes and good performance in fuel cell. Due to their thickness of only ca 20 µm, several self-standing FeNC layers (functionalized with Nafion) were superimposed in order to reach sufficient overall ORR activity. The concept of self-standing Fe-N-C cathode was validated for the first time, but further optimization of their functionalization by Nafion ionomer is needed to take full advantage of this approach.Future research is therefore needed to functionalize such novel electrode structures by proton-conducting ionomers to optimize the electrode activity and proton conductivity. Such electrode structure can also find application in other electrochemical energy conversion devices such as anion exchange membrane fuel cells, electrochemical supercapacitors and electrochemical CO2 reduction

La technologie MEMS pour les applications hyperfréquences, s'est développée depuis quelques années avec pour objectif d'améliorer les performances des circuits et dispositifs microondes. De nombreux composants ont été développés, démontrant alors une importante réduction des pertes et une plus grande linéarité que leurs principaux concurrents: les composants semi-conducteurs. Notre étude a porté donc sur la conception d'un micro-commutateur et son intégration dans des circuits microondes reconfigurables. Dans un premier temps, nous présentons dans le manuscrit un état de l'art de la technologie MEMS et des composants hyperfréquences qui en résultent. Le fonctionnement de commutateurs micromécaniques y est plus particulièrement étudié. Les principaux atouts et limitations sont également présentés avec quelques domaines d'application où ces composants peuvent contribuer à une amélioration de performances. La seconde partie de ces travaux est dédiée à la conception mécanique et électromagnétique d'un microcommutateur à contact ohmique. L'objectif de cette étude était de réaliser un composant fiable avec de bonnes performances. L'optimisation de ce composant y est présentée, validée par des performances mécaniques et électriques des dispositifs réalisés. La dernière partie de ces travaux concerne le développement de nouvelles topologies de circuits hyperfréquences reconfigurables équipés de micro-commutateurs à contact ohmique. Nous y présentons trois applications dont la conception de filtres passe-bande avec un accord discret sur une large plage de fréquences (20% et 44% d'accord). Nous montrons également comment maintenir les pertes de ces dispositifs à un faible niveau, en conservant les facteurs de qualité de ces composants reconfigurables à une valeur élevée
Since few years, the MEMS technology for microwave applications has grown up with the potential to improve the circuit and device performances. Several components have been designed and demonstrate an important reduction of loss and a higher linearity than their main counterparts: the semi-conductor components. This work investigates the MEMS switches design and their integration in tunable microwave systems. Thus, we first present a state of art of this MEMS technology and the MEMS microwave devices. The micromachined switches operation is investigated. The main advantages, drawbacks and some applications where these components could improve the performances are discussed. The second part of this work is dedicated to the mechanical and electromagnetical design of a DC contact switch. The main objective of this work was to realise a reliable component which present good performances. The switch optimisation is presented and discussed with the corresponding mechanical and electric measurements. The last part of this memory addresses the development of new switchable microwave circuit topology including DC contact micro relays. Three applications are discussed; some tunable filters are developed with a high tuning in frequency (22% for the first one and 44% for the other). We also present how to preserve the device losses to a low level, and keep high the quality factor of these systems

L'objectif de ce travail est l'étude de l'efficacité de collecte des particules submicroniques d'un électrofiltre deconfiguration fil-tube carré en utilisant une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). Les expériences sont faites avec desparticules de fumée d'encens ayant une taille moyenne d'environ 0,32 pm. La répartition en taille des particules à la sortie del'électrofiltre est mesurée grâce à un spectromètre d'aérosols à lumière blanche. L'efficacité de collecte est estimé pour diversestensions et fréquences appliquées (gammes : 4-30 kV, de 0,3 à 1000 Hz) à un débit d'air fixe.Le premier volet de l'analyse a consisté en une caractérisation électrique et granulomètrique de l'électrofiltre de configurationcarré dit de référence. Les résultats obtenus ont montré que le comportement électrique de l'électrofiltre de géométrie carré estsimilaire à celui de géométrie cylindrique. Aussi, l'utilisation de la DBD pour la précipitation donnait de très bons résultats enconfiguration fil-tube carré (plus de 99% d’efficacité). Le second volet de notre étude a été consacré à l'optimisation géométrique de l'électrofiltre de référence. Les résultats ont montré que le diamètre du fil, le nombre des faces collectrices ont une influence minime sur la précipitation. Tandis que, la section du tube et la largeur de la contre électrode et sa discrétisation ont une influence importante. L'analyse de l'effet de la présence d'une deuxième Barrière Diélectrique (BD) a montré qu'à la différence de la simple BD ou le mode de décharge est assez homogène, la décharge a un comportement filamentaire dans le cas de la double BD. Aussi, l'efficacité de collecte des particules pour les deux con
The objective of this work is the study of the collection efficiency of submicron particles with wire-to-square tubeElectroStatic Precipitator (ESP) using a Dielectric Barrier Discharge (DBD). The experiments are performed with incense smokeparticles having a mean size of about 0.32 μm. An aerosol spectrometer is employed for characterizing the size distribution ofthese particles at the outlet of the ESPs. The collection efficiency is estimated for various applied voltages and frequencies(ranges: 4–30 kV, 0.3–1000 Hz) at a fixed air flow rate.The first step of our study consisted of an electrical characterization of the reference precipitator and the evaluation of itscollection efficiency performances. The results have shown that electrical behavior of the wire-to-square tube configuration issimilar to the wire-to- cylinder configuration. Furthermore, it reveals that the square configuration charged with a DBD gives verygood results (more than 99% of efficiency). The second step of the study was devoted to the geometrical optimization of thesquare ESP. The obtained results have established that the wire diameter, the number of faces has a minimal effect on electrostatic precipitation. However, the tube section, the width of the ground electrode and its discretization have an important effect. Also, the analysis of the effect of the presence of a second Dielectric Barrier (DB) has shown that in the case of the single DB, the discharge mode is rather homogeneous. In contrast, the discharge has a filamentary behavior in the case of the double DB. Results show that the particle collection efficiency of both ESPs is higher at high applied voltages and within a certai

Ce travail de recherche traite de l’optimisation et de la modélisation de nanofibres obtenues par filage électrostatique pour des applications techniques en tant que, a) cellules résistives pour génération de chaleur et b) couche ultra filtrante pour système de protection respiratoire. Afin d’intégrer ces matériaux nanofibreux aux applications visées, deux procédés de production ont été mis en oeuvre, à savoir mono-aiguille et multijets. Une étude statistique a été réalisée pour modéliser et optimiser les non-tissés de nanofibres pour des productions à échelle laboratoire et semi-industrielle. L’outil statistique c’est révélé pertinent pour anticiper la morphologie des matériaux produits et assurer une homogénéité optimale. Les non-tissés présentant les caractéristiques morphologiques souhaitées ont été sélectionnés, testés, et les résultats ont révélé leur fort potentiel pour les champs applicatifs visés. Ces travaux valident deux pistes de recherche qui déboucheraient sur une intégration concrète de ces matériaux innovants
Optimization and modelling of electrospun nanofibrous nonwovens and their technical applications, i-e heat generation and respiratory protection, were studied in this work. For utilization in these applications, nanowebs were statistically modelled and optimized using different electrospinning techniques i-e needle and needleless setups based on significance of these techniques for lab and bulk scale production of nanowebs. Moreover, quantitative impact of different electrospinning parameters was also observed. Statistical analysis was found to be a useful tool for study of electrospinning process and production of nanowebs with minimum defects. The optimized nanowebs were used for selected applications and based on results it was concluded that they can be a potential material for both, heat generation and respiratory protection. These observations are expected to initiate more focused studies in both the fields