Littérature scientifique sur le sujet « Module à fibres creuses »

Les lasers de durées ultra-courtes, de l’ordre de la centaine de femtoseconde, sont actuellement des outils incontournables pour bon nombres d’applications industrielles ou académiques. Cependant leurs durées restent limitées par la technologie même de ces dispositifs. Par ailleurs, le développement de nouvelles fibres optiques microstructurées offre un guidage d’impulsions de hautes énergies dans des milieux gazeux permettant de ce fait la génération d’effets non-linéaires moteurs aux dynamiques de compression et de post-compression. Les travaux de cette thèse s’inscrivent donc dans ce contexte. Les études de dynamiques de compression d’impulsions ultra-courtes sont ainsi présentées. Les démonstrations d’auto-compression et de post-compression ont été faites à des longueur d’ondes de 343 nm et 1030 nm pour des régimes d’énergies allant de quelques microjoules à plusieurs centaines de microjoules pour des puissances moyennes jusqu’à 100 W. Des compressions de facteur 29 sont présentées faisant passer des impulsions de 580 fs à 19 fs via une dynamique de compression solitonique. De plus, cette technologie s’est vu intégrée dans une plateforme industrielle installée chez différents clients<br>Ultra-short pulse laser, hundred femtoseconds, are currently an essential tool for many industrial or academic applications. However, their duration remains limited by the technology which composed this device itself. In addition, development of new microstructured optical fibers offers high-energy pulse guidance in gaseous media, thus allowing the generation of non-linear effects, key parameter for pulse compression and post-compression dynamics. The work of this thesis is therefore part of this context. Studies of ultra-short pulse compression dynamics are presented. Self-compression and post-compression are demonstrated at wavelengths ranging from 343 nm to 1030 nm with energy from few microJoules to several hundred microJoules and average power up to 100 W. Factor 29 of compressions are presented, with solitonic dynamic pulse with duration of 580 fs are compressed down to 19 fs. In addition, this technology has been integrated into an industrial platform installed at various customers' sites

Alors que les besoins énergétiques mondiaux continueront d’être satisfaits par des sources d’énergie fossiles, une solution viable pour réduire les émissions de CO2 serait de mettre en œuvre des technologies de captage du carbone. Le captage du CO2 par absorption dans des solvants aminés fait partie des technologies les plus avancées mises en œuvre sur les unités de post-combustion. Son application reste néanmoins limitée aux grandes sources ponctuelles, et les petites sources restantes difficiles à décarboner. Récemment, le chauffage microondes a gagné en popularité en raison de ses caractéristiques de sélectivité, de nature volumétrique et de facilité de contrôle ; d'autre part, les contacteurs à membrane sont des contacteurs gaz-liquide prometteurs en raison de leur compacité, de leur flexibilité opérationnelle et de leur facilité d'évolutivité par rapport aux colonnes à garnissage. Dans ce travail, nous explorons le fonctionnement de la désorption chimique lors d'un contacteur à membrane à fibres creuses par chauffage par micro-ondes.Une compréhension complète des interactions entre les champs microondes et les phénomènes de transfert est essentielle pour la conception, le fonctionnement et l’optimisation corrects d’un équipement à l’échelle industrielle. Ainsi, les taux de désorption du CO2 ont été étudiés expérimentalement à l'échelle locale d'une seule fibre millimétrique, placée dans une cavité micro-onde monomode. La modélisation numérique de la fibre a permis de visualiser les gradients de température formés à l'intérieur du solvant, et les taux de désorption locaux correspondants. En parallèle, une unité à l'échelle prototype a été conçue pour la désorption du CO2 à l'échelle d'un module à fibres creuses sous des champs microondes. À cette fin, nous avons conçu une cavité sur mesure pour abriter un module à membrane de telle manière que la désorption du CO2 aurait lieu simultanément avec le chauffage électromagnétique<br>As global energy needs will continue to be met by fossil-fuel based sources, a viable solution to reduce CO2 emissions would be to implement carbon capture technologies. CO2 capture by absorption in amine solvents ranks among the most advanced technologies to be implemented on post combustion units. Still, its application is remains constrained large point sources with small sources remaining difficult to decarbonize. Recently, microwave heating has gained in popularity due to its characteristics of selectiveness, volumetric nature, and ease of control; on the other hand, membrane contactors are promising gas-liquid contactors due to their compacity, operational flexibility, and ease scalability in comparison to packed columns. In this work we explore the operation of chemical desorption when a hollow fiber membrane contactor by microwave heating.A comprehensive understanding of the interactions of microwave fields and transfer phenomena is essential for the correct design, operation, and optimization of an industrial scale equipment. Hence CO2 desorption rates were experimentally studied at the local scale of a single millimetric fiber, placed in a mono-mode microwave cavity. Numerical modeling of the fiber allowed the visualization of the temperature gradients formed inside the solvent, and the corresponding local desorption rates. In parallel, a prototype-scale unit was designed for the desorption of CO2 at the scale of a hollow fiber module under microwave fields. To this end we designed a custom-design cavity was made to house a membrane module in such a manner that CO2 desorption would take place simultaneously with electromagnetic heating

Les huiles essentielles d'agrumes sont une source abondante et peu chère de terpènes oxygénés, molécules à haute valeur ajoutée pour l'industrie des arômes et des parfums notamment. Le procédé industriel employé pour leur extraction, de type liquide-liquide peut potentiellement être intensifié par l'utilisation de contacteurs membranaires, qui permettent de s'affranchir de l'étape de décantation et d'élargir le choix des solvants. Cependant, la faible tension de surface entre les huiles essentielles et les solvants hydro-alcooliques rend difficile la stabilisation de l'interface dans la membrane. En l'état actuel, les contacteurs membranaires sont inenvisageables pour cette application à l'échelle industrielle. L'objectif est de proposer des solutions afin de faciliter la stabilisation de l'interface. On souhaite élargir la fenêtre dans laquelle la différence de pression entre les deux phases doit être contrôlée, une différence de 0,5 bar étant choisie comme minimum pour l'application à plus grande échelle. Cela signifie que la pression critique ΔPc (au-dessus de laquelle la phase non mouillante traverse la membrane) doit être supérieure à 0,5 bar. Deux pistes ont été explorées : travailler d'une part sur le choix du solvant, et d'autre part sur la sélection de la membrane en fonction du diamètre maximal des pores ainsi que de ses propriétés de surface. En conclusion, cette étude a permis d'identifier des membranes en PTFE et céramique greffée pour lesquelles la différence de pression entre les deux phases peut être contrôlée dans une fenêtre relativement large de 0,5 bar. C'est une avancée considérable par rapport aux modules commerciaux Liqui-Cel® en polypropylène.

L'objectif de ce travail est d'apporter des elements aidant a la conception et au choix de modes de fonctionnement de modules de fibres creuses d'ultrafiltration, destines a la production d'eau potable, a partir d'eaux peu chargees. En filtration tangentielle, la mesure du debit de permeation, associee a la connaissance de la quantite de matiere deposee a permis de verifier une loi de type resistif et d'apprecier l'influence de faibles vitesses de circulation. La quantite de matiere a ete comparee a celle deposee en filtration frontale dans les memes conditions operatoires. Cette comparaison permet l'etablissement d'un modele, par la determination d'un flux d'ecart a la filtration frontale, dependant de la vitesse de circulation et de la concentration. L'interpretation de ce flux conduit a situer les phenomenes limitants dans la couche laminaire: en supposant que le flux convectif est equilibre par un flux de retour a l'etat stationnaire, une condition d'equilibre est determinee a partir des resultats experimentaux, entre la vitesse locale, le debit de permeation, et la concentration. Tenant compte du profil de vitesse au voisinage d'une fibre, cette condition est localement appliquee, et permet une description spatio-temporelle de la croissance du depot, en bon accord avec le resultats experimentaux, ce qui confirme l'existence d'un flux de retour. La modelisation du debit de filtration en fonction du temps a permis de comparer les fonctionnements de modules d'ultrafiltration. L'ecoulement en milieu confine (peau interne) conduit a une meilleure efficacite de la vitesse a la limitation du depot. Des bilans energetiques ont permis d'apprecier les retombees de la configuration et du fonctionnement du module sur l'ensemble du procede. La comparaison de modes discontinu (peau externe) et continu (peau interne) montre que la limitation du colmatage s'avere etre parfois plus penalisante que la croissance du depot

Cette thèse présente le développement d'un micro-endoscope non-linéaire flexible et fortement multimodal. Il est basé sur une fibre optique à cœur creux à courbure négative qui rend possible le déport d'impulsions très courtes et intenses pour une gamme étendue de longueurs d'onde, sans distorsion temporelle ni spectrale significative. Une large double gaine de silice, guidant grâce à une fine couche de polymère de bas indice, entoure la microstructure et permet de collecter et contre-propager les signaux non-linéaires par la même fibre que la transmission du signal source. Afin de diminuer grandement la taille du mode en sortie de fibre, son extrémité distale est fonctionnalisée soit par l'insertion d'une bille de silice dans son cœur, soit par la soudure d'une fibre à gradient d'indice. Une surface large de plusieurs centaines de microns est scannée grâce à un tube piezo-électrique doublement résonant attaché à la fibre et donnant lieu à un profil en spirale. En plus d'un micro-objectif, il est inséré dans un tube métallique bio-compatible de 3~mm de large, formant une tête endoscopique compacte. Des images endsocopiques de tissus biologiques, dont des échantillons frais et non marqués, sont démontrées pour la première fois en utilisant la fluorescence par absorption à trois photons (3PEF), mais également la fluorescence par absorption à deux photons (2PEF), la génération de seconde (SHG) ou troisième (THG) harmonique, et la dispersion cohérente Raman anti-Stokes (CARS). Ce système est actuellement en cours de commercialisation par Lightcore Technologies. Une nouvelle méthode de séparation des signaux d'excitation et de collection est également proposée, basée sur un coupleur de fibre creuse à double gaine. L'utilisation de deux verres différents rend la fabrication possible, même avec une étape de fusion, sans affecter la microstructure creuse de la fibre. Des performances jusqu'à 70~% du système utilisé actuellement sont mesurées et des images de tissus biologiques non marqués sont obtenues, démontrant les possibilités d'application pour l'endoscopie non-linéaire<br>This thesis presents the development of a highly multimodal flexible nonlinear micro-endoscope. It is based on a negative curvature hollow core fiber, allowing the delivery of ultrashort and intense optical pulses over a wide spectral band without significant temporal nor spectral distortion. A large silica double clad, guiding via a thin layer of low index polymer, surrounds the microstructure and enables the nonlinear signals to be collected and back propagated through the same fiber as the excitation source. The fiber distal tip is functionalized by addition of either a silica bead inserted into its hollow core or a graded index fiber spliced to its endface, allowing to significantly reduce the mode size at the fiber output. Scanning over an area of several hundreds of microns is provided by a doubly resonant piezoelectric tube attached to the fiber tip to create a spiral scan. Along with a fixed objective, it is encased inside a 3~mm large bio-compatible steel tube, making for a compact endoscope head. Endoscopic imaging of biological tissues, including fresh and unlabeled samples, is demonstrated for the first time using three photon excited fluorescence (3PEF), as well as two photon excited fluorescence (2PEF), second (SHG) and third (THG) harmonic generation, and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS). This system is currently commercialized by Lightcore Technologies. A new scheme is also proposed for the separation of excitation and collection signals, based on a hollow-core double clad fiber coupler. Two different glass materials are used, making the fabrication possible, even with a fusion step, without affecting the hollow microstructure. Performances up to 70~% of the currently used scheme are measured, and images of unstained biological tissues are presented to demonstrate its applicability in nonlinear endoscopy

Une association originale d'une excitation microonde non-intrusive et sans électrode avec une fibre à coeur creux à cristal photonique (HC-PCF) a permis pour la première fois la génération et le confinement d'un plasma dans une structure photonique, ouvrant ainsi l'avènement d'une nouvelle discipline : "Plasma Photonics". Ces travaux comprennent une étude théorique et expérimentale pour exacerber le "couplage inhibé" d’une HC-PCF à maille de Kagomé. Ceux-ci ont mené au développement d'une HC-PCF présentant des pertes record de 17 dB/km à 1 μm et avec une forte courbure des arches formant le contour du coeur hypocycloïdal. Les résultats démontrent que l'exacerbation de cette forme hypocycloïdale présente 3 mérites : une diminution des pertes de propagation, un recouvrement de la puissance optique avec la silice très fortement réduit et enfin l'obtention d'un meilleur contenu modal. Basée sur cette étude, une fibre Kagomé à large coeur (i. E. Un diamètre de coeur ~100 μm) et guidant efficacement autour de 488 nm a été développée afin de faciliter la génération d'un plasma microonde stable. La génération de ce dernier repose sur un système original d'excitation et de maintien par une onde de surface microonde, et a donné lieu, pour la première fois, à la génération et au confinement d'un plasma au sein du cœur micrométrique d’une HC-PCF. Malgré le fait que la température du plasma soit proche de celle de la transformation du matériau microstructuré environnant, celui-ci est préservé. Ceci est expliqué théoriquement par une dynamique du plasma particulière à ces échelles micrométriques avec un rôle important joué par une gaine de charge d'espace près de la paroi interne du coeur<br>A novel scheme enabling for the first time the generation and confinement of microwave plasma in a hollow-core photonic crystal fibre (HC-PCF) is achieved, thus paving the way to the advent of “Plasma photonics”. This is achieved by combining a non-intrusive and electrode-free microwave excitation with specifically designed HC-PCF. This work includes a theoretical and experimental study to enhance the "inhibited coupling" of a Kagomé cladding lattice HC- PCF. This led to the development of a HC-PCF with a record transmission loss of 17 dB/km at 1 μm, and exhibiting a hollow-core with hypocycloid contour with strong arc curvature. The results show that the enhancing of this core contour negative curvature has three virtues: the propagation losses are strongly reduced, the optical power overlap with silica core-surround is diminished and finally, a better modal content is obtained. Based on these findings, a large core (i. E. A core diameter of ~100 microns) Kagome HC-PCF and guiding around 488 nm is fabricated to facilitate the generation of stable microwave plasma. The generation of the latter is based on an original excitation and is sustained by a microwave surface-wave, which is turn led for the first time, to the generation and confinement of a plasma in the micrometric core of the HC-PCF. Despite the fact that the plasma has a temperature value close to that of the surrounding microstructured glassy material, the latter integrity is preserved. This is explained theoretically by a particular plasma dynamics at this micrometer scale with an important role played by a space charge sheath near the inner wall of the core