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Compréhension et optimisation de la décontamination des oxydes d’uranium lors de leur conversion en peroxyde
Compréhension et optimisation de la décontamination des oxydes d’uranium lors de leur conversion en peroxyde


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En France, le cycle du combustible nucléaire se décompose en trois grandes parties que sont l’amont, les réacteurs et l’aval du cycle. La partie amont regroupe tous les traitements subis par l’uranium de son extraction des mines à la fabrication des pastilles de combustible pour les réacteurs électronucléaires. Afin d’anticiper des contraintes économiques et environnementales liées au procédés actuels de traitement de l’uranium, une voie alternative a été développée. L’une des étapes principale repose sur la transformation des différents oxydes d’uranium reçus des mines en un peroxyde d’uranium, UO4•4H2O. Cependant, à l’inverse du procédé industriel actuel, les taux de décontamination de l’uranium obtenus à l’issue de cette étape ne sont pas suffisants. Les éléments ciblés au cours de ce travail ont été le vanadium, le titane et le zirconium. Concernant le vanadium, l’étude de l’influence de divers paramètres expérimentaux sur la décontamination de cet élément a été menée sur différents composés uranyle-vanadate qu’ils soient de synthèse ou naturels, permettant ainsi une optimisation de cette étape à des fins de purification. L’ajout de ligand a également été étudié, tels que les ions fluorures, permettant de mettre en évidence la faisabilité d’une boucle de recyclage des imbrûlés de fluoration, résidus solides de la réaction de fluoration et qui contiennent une quantité importante d’uranium mélangé à des fluorures d’impuretés telles que le titane et le zirconium.
In France, the nuclear fuel cycle is divided in three parts: front end, reactors and back end. The front end part brings together the uranium treatments form its extraction out of mines to the production of the fuel pellets. In order to anticipate economical and environmental constraints linked to the actual industrial process, a new process has been built up. One of the major steps of this process consists in the conversion of the different uranium oxides received from mines in a unique material: uranium peroxide UO4•4H2O. However, unlike the actual industrial process, decontamination rates of the uranium got at the end of this step are lower than required. The different targeted elements in this work are vanadium, titanium and zirconium. Regarding vanadium, the study of the influence of various experimental parameters on the decontamination rate has been carried on different uranium-vanadium, synthetic or natural, compounds, leading to the optimisation of this step for better decontamination rates. Another way of improving the purity of the uranium was the use of various ligands, such as fluoride, which highlights the possibility of a recycle of the unburned of fluoridation, solid residues obtained after the fluoridation step which hold back a large amount of uranium mixed which impurities such as titanium or zirconium fluoride.
En France, le cycle du combustible nucléaire se décompose en trois grandes parties que sont l’amont, les réacteurs et l’aval du cycle. La partie amont regroupe tous les traitements subis par l’uranium de son extraction des mines à la fabrication des pastilles de combustible pour les réacteurs électronucléaires. Afin d’anticiper des contraintes économiques et environnementales liées au procédés actuels de traitement de l’uranium, une voie alternative a été développée. L’une des étapes principale repose sur la transformation des différents oxydes d’uranium reçus des mines en un peroxyde d’uranium, UO4•4H2O. Cependant, à l’inverse du procédé industriel actuel, les taux de décontamination de l’uranium obtenus à l’issue de cette étape ne sont pas suffisants. Les éléments ciblés au cours de ce travail ont été le vanadium, le titane et le zirconium. Concernant le vanadium, l’étude de l’influence de divers paramètres expérimentaux sur la décontamination de cet élément a été menée sur différents composés uranyle-vanadate qu’ils soient de synthèse ou naturels, permettant ainsi une optimisation de cette étape à des fins de purification. L’ajout de ligand a également été étudié, tels que les ions fluorures, permettant de mettre en évidence la faisabilité d’une boucle de recyclage des imbrûlés de fluoration, résidus solides de la réaction de fluoration et qui contiennent une quantité importante d’uranium mélangé à des fluorures d’impuretés telles que le titane et le zirconium.
In France, the nuclear fuel cycle is divided in three parts: front end, reactors and back end. The front end part brings together the uranium treatments form its extraction out of mines to the production of the fuel pellets. In order to anticipate economical and environmental constraints linked to the actual industrial process, a new process has been built up. One of the major steps of this process consists in the conversion of the different uranium oxides received from mines in a unique material: uranium peroxide UO4•4H2O. However, unlike the actual industrial process, decontamination rates of the uranium got at the end of this step are lower than required. The different targeted elements in this work are vanadium, titanium and zirconium. Regarding vanadium, the study of the influence of various experimental parameters on the decontamination rate has been carried on different uranium-vanadium, synthetic or natural, compounds, leading to the optimisation of this step for better decontamination rates. Another way of improving the purity of the uranium was the use of various ligands, such as fluoride, which highlights the possibility of a recycle of the unburned of fluoridation, solid residues obtained after the fluoridation step which hold back a large amount of uranium mixed which impurities such as titanium or zirconium fluoride.
02-12-2019
02-12-2019
Thèse
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Be innovative to be green: how consumers respond to eco-innovative product designs
Be innovative to be green: how consumers respond to eco-innovative product designs


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L'éco-innovation est un moyen efficace pour les entreprises de répondre aux préoccupations environnementales croissantes des clients. Cette thèse propose que la conception des produits, ainsi que les variables liées à la consommation et à la situation, peuvent avoir une influence positive ou négative sur le consommateur. Les résultats de cinq expériences montrent comment les consommateurs réagissent aux conceptions de produits éco-innovants dans diverses catégories de produits Internet-of-Things (IoT). Nous découvrons l'effet des compromis entre les caractéristiques innovantes et les avantages écologiques sur les réponses des consommateurs (étude 1). Nos résultats montrent également que les éléments écologiques dans les conceptions de produits éco-innovants peuvent déclencher différentes réactions des consommateurs (étude 2). De plus, cette thèse mets en lumière les intentions d'achat des consommateurs par rapport à la conception des produits et de leur innovation écologique (étude 3). Nous documentons également les associations de consommateurs entre la détectabilité d’un attribut respectueux de l’environnement et l’éco-respect des produits et la qualité globale du produit, ce qui affecte leurs préférences et leur intention d’adopter une éco-innovation (étude 4). Enfin, nous soulignons que les consommateurs évaluent positivement ou non les éco-innovations selon le pays de fabrication et de sa compatibilité avec l’éco-respect des produits (étude 5). La thèse se termine par des conseils théoriques et managériaux pour les entreprises sur les meilleures pratiques en la réalisation d'avantages concurrentiels dans un contexte d'éco-innovation.
The introduction of eco-innovation is considered an effective way for companies to strategically align themselves with consumers’ increasing environmental concerns. Drawing on the sustainability and innovation literature, this dissertation proposes that product design factors, individual differences, and situational variables, significantly influence consumer responses to eco-innovation. The findings of five online experiments explore the underlying mechanisms of how consumers respond to eco-innovative product designs across various Internet-of-Things product categories. Specifically, we uncover the effect of trade-offs between innovative features and eco-friendly benefits on consumer responses and shine new light on the moderating role of consumer beliefs about eco-friendly product effectiveness (Study 1). Our results also show that different types of eco-friendly attributes in new product designs trigger different consumer responses (Study 2). Moreover, this dissertation sheds light on the nature of eco-friendly consumer innovativeness and its interaction effects with perceived trade-offs in eco-innovative product designs on consumers’ product evaluation and purchase intentions (Study 3). We also document consumers’ associations between detachability of an eco-friendly attribute on consumer responses (Study 4). Finally, we highlight that consumers’ evaluations of eco-innovation hinge on ecological country of manufacture and its congruence with product eco-friendliness (Study 5). The dissertation concludes with theoretical and managerial implications, such as advice for firms on the best practices for competitive advantage achievement in an eco-innovation context.
L'éco-innovation est un moyen efficace pour les entreprises de répondre aux préoccupations environnementales croissantes des clients. Cette thèse propose que la conception des produits, ainsi que les variables liées à la consommation et à la situation, peuvent avoir une influence positive ou négative sur le consommateur. Les résultats de cinq expériences montrent comment les consommateurs réagissent aux conceptions de produits éco-innovants dans diverses catégories de produits Internet-of-Things (IoT). Nous découvrons l'effet des compromis entre les caractéristiques innovantes et les avantages écologiques sur les réponses des consommateurs (étude 1). Nos résultats montrent également que les éléments écologiques dans les conceptions de produits éco-innovants peuvent déclencher différentes réactions des consommateurs (étude 2). De plus, cette thèse mets en lumière les intentions d'achat des consommateurs par rapport à la conception des produits et de leur innovation écologique (étude 3). Nous documentons également les associations de consommateurs entre la détectabilité d’un attribut respectueux de l’environnement et l’éco-respect des produits et la qualité globale du produit, ce qui affecte leurs préférences et leur intention d’adopter une éco-innovation (étude 4). Enfin, nous soulignons que les consommateurs évaluent positivement ou non les éco-innovations selon le pays de fabrication et de sa compatibilité avec l’éco-respect des produits (étude 5). La thèse se termine par des conseils théoriques et managériaux pour les entreprises sur les meilleures pratiques en la réalisation d'avantages concurrentiels dans un contexte d'éco-innovation.
The introduction of eco-innovation is considered an effective way for companies to strategically align themselves with consumers’ increasing environmental concerns. Drawing on the sustainability and innovation literature, this dissertation proposes that product design factors, individual differences, and situational variables, significantly influence consumer responses to eco-innovation. The findings of five online experiments explore the underlying mechanisms of how consumers respond to eco-innovative product designs across various Internet-of-Things product categories. Specifically, we uncover the effect of trade-offs between innovative features and eco-friendly benefits on consumer responses and shine new light on the moderating role of consumer beliefs about eco-friendly product effectiveness (Study 1). Our results also show that different types of eco-friendly attributes in new product designs trigger different consumer responses (Study 2). Moreover, this dissertation sheds light on the nature of eco-friendly consumer innovativeness and its interaction effects with perceived trade-offs in eco-innovative product designs on consumers’ product evaluation and purchase intentions (Study 3). We also document consumers’ associations between detachability of an eco-friendly attribute on consumer responses (Study 4). Finally, we highlight that consumers’ evaluations of eco-innovation hinge on ecological country of manufacture and its congruence with product eco-friendliness (Study 5). The dissertation concludes with theoretical and managerial implications, such as advice for firms on the best practices for competitive advantage achievement in an eco-innovation context.
02-12-2019
02-12-2019
Thèse
Thèse

Intérêt des amendements phosphatés sur des sols fortement contaminés par les éléments métalliques en vue d’élaborer à partir de biomasses végétales des catalyseurs hétérogènes supportés utilisables en synthèse organique
Intérêt des amendements phosphatés sur des sols fortement contaminés par les éléments métalliques en vue d’élaborer à partir de biomasses végétales des catalyseurs hétérogènes supportés utilisables en synthèse organique


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De nombreux sols contaminés par les éléments métalliques résultent des activités humaines et industrielles. Pour gérer ces sols, la technique du phytomanagement a séduit les scientifiques et les gestionnaires des sites pollués. Tout en utilisant le génie végétal, cette technique permet de produire des biomasses qu’il convient de valoriser. Sur la base de cette approche, le présent travail décrit cette technique en utilisant des biomasses (raygrass et miscanthus) en association à des amendements phospho-calciques. Ces biomasses, décrites comme étant non-hyper-accumulatrices des éléments métalliques, ont été produites sur des terres de jardins et des terres agricoles. Les expérimentations ont été menées en serre, en mésocosme, et in situ, à proximité de l’ancienne fonderie de plomb Metaleurop Nord. L’utilisation raisonnée des composés phospho-calciques n’a pas affecté significativement les caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols. En revanche, il a pu être montré une amélioration de certains paramètres physiologiques des plantes. Par ailleurs, les composés phospho-calciques ont généralement réduit l’extractabilité et la phytodisponibilité de Cd et Pb tout en favorisant la mobilité et le transfert d’éléments d’intérêt vers les parties aériennes des biomasses. Ceci a permis de transformer ces biomasses en écocatalyseurs. Après avoir été caractérisés, ces derniers ont été utilisés en synthèse organique et leur recyclabilité a été montrée. Trois exemples ont été présentés dans le cadre du présent travail. Dans une perspective d’utilisation d’autres biomasses, les concentrations en éléments métalliques dans des plantes rudérales ont été déterminées.
Many metal-contaminated soils result from human and industrial activities. To manage these soils, the phytomanagement has attracted scientists and managers of contaminated sites. While using plant engineering, this technique produces biomass that should be valued. Based on this approach, the present work describes this technic by using plant biomass (ryegrass and miscanthus) in combination with phosphocalcic amendments. These biomass, described as non-hyper-accumulators, were produced on garden soils and agricultural soils. The experiments were conducted in greenhouse, mesocosm and in situ near the former Metaleurop Nord smelter. The sustainable use of phosphocalcic compounds did not significantly affect the physicochemical and biological characteristics of soils. In contrast, some physiological parameters of plants were improved. In addition, the phosphocalcic compounds decreased the extractability and phytavailability of Cd and Pb in some cases while promoting the mobility and the transfer of other metallic elements from the soil to the aerial parts of the biomass studied. Metal-enriched biomass were transformed into ecocatalysts. After being characterized, these ecocatalysts were used in organic synthesis and their recyclability was demonstrated. Three examples have been detailed in the current thesis report. In view of using other biomass, metal concentrations in ruderal plants were determined.
De nombreux sols contaminés par les éléments métalliques résultent des activités humaines et industrielles. Pour gérer ces sols, la technique du phytomanagement a séduit les scientifiques et les gestionnaires des sites pollués. Tout en utilisant le génie végétal, cette technique permet de produire des biomasses qu’il convient de valoriser. Sur la base de cette approche, le présent travail décrit cette technique en utilisant des biomasses (raygrass et miscanthus) en association à des amendements phospho-calciques. Ces biomasses, décrites comme étant non-hyper-accumulatrices des éléments métalliques, ont été produites sur des terres de jardins et des terres agricoles. Les expérimentations ont été menées en serre, en mésocosme, et in situ, à proximité de l’ancienne fonderie de plomb Metaleurop Nord. L’utilisation raisonnée des composés phospho-calciques n’a pas affecté significativement les caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols. En revanche, il a pu être montré une amélioration de certains paramètres physiologiques des plantes. Par ailleurs, les composés phospho-calciques ont généralement réduit l’extractabilité et la phytodisponibilité de Cd et Pb tout en favorisant la mobilité et le transfert d’éléments d’intérêt vers les parties aériennes des biomasses. Ceci a permis de transformer ces biomasses en écocatalyseurs. Après avoir été caractérisés, ces derniers ont été utilisés en synthèse organique et leur recyclabilité a été montrée. Trois exemples ont été présentés dans le cadre du présent travail. Dans une perspective d’utilisation d’autres biomasses, les concentrations en éléments métalliques dans des plantes rudérales ont été déterminées.
Many metal-contaminated soils result from human and industrial activities. To manage these soils, the phytomanagement has attracted scientists and managers of contaminated sites. While using plant engineering, this technique produces biomass that should be valued. Based on this approach, the present work describes this technic by using plant biomass (ryegrass and miscanthus) in combination with phosphocalcic amendments. These biomass, described as non-hyper-accumulators, were produced on garden soils and agricultural soils. The experiments were conducted in greenhouse, mesocosm and in situ near the former Metaleurop Nord smelter. The sustainable use of phosphocalcic compounds did not significantly affect the physicochemical and biological characteristics of soils. In contrast, some physiological parameters of plants were improved. In addition, the phosphocalcic compounds decreased the extractability and phytavailability of Cd and Pb in some cases while promoting the mobility and the transfer of other metallic elements from the soil to the aerial parts of the biomass studied. Metal-enriched biomass were transformed into ecocatalysts. After being characterized, these ecocatalysts were used in organic synthesis and their recyclability was demonstrated. Three examples have been detailed in the current thesis report. In view of using other biomass, metal concentrations in ruderal plants were determined.
29-11-2019
29-11-2019
Thèse
Thèse

Élucidation des processus de lignification par la stratégie du rapporteur chimique alliée à la microscopie confocale en fluorescence et à la résonance paramagnétique électronique
Élucidation des processus de lignification par la stratégie du rapporteur chimique alliée à la microscopie confocale en fluorescence et à la résonance paramagnétique électronique


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La lignine est un polymère polyphénolique présent au niveau de la paroi végétale, qui forme avec la cellulose la biomasse lignocellulosique. Cette dernière est impliquée dans de nombreux processus industriels (biocarburant, pâte à papier, etc.). Une meilleure compréhension de sa biosynthèse est donc nécessaire pour améliorer la valorisation de la biomasse. La lignine est composée de trois principaux monomères appelés monolignols (H, G et S) qui sont assemblés par un couplage radicalaire initié par des laccases et/ou peroxydases lors de la lignification. L’émergence récente de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal apparait comme une technique idéale pour étudier les processus de lignification. Dans cette stratégie, un analogue de la biomolécule d’intérêt modifié avec une étiquette chimique biocompatible est incorporé dans la biomacromolécule cible via les voies métaboliques. Il est ensuite couplé à une sonde grâce à une réaction chimique bioorthogonale pour être détecté. Ces travaux de thèse présentent le développement d’outils chimiques basés sur la stratégie du rapporteur chimique afin d’étudier les processus de lignification. Une stratégie inédite de triple marquage a été mise au point pour étudier la dynamique de lignification dans la paroi végétale par microscopie confocale de fluorescence. Des analogues portant des groupements méthylcyclopropène, azoture, et alcyne ont été conçus pour chaque monolignol (S, H et G respectivement) et ont été incorporés simultanément dans la lignine de novo. Ces analogues ont ensuite été liés sélectivement à un fluorophore par des réactions de ligation bioorthogonale spécifiques lors d’un triple marquage séquentiel (DAinv, SPAAC et CuAAC respectivement). La microscopie confocale de fluorescence a permis de visualiser leur incorporation différentielle dans la lignine et d’obtenir des informations sur la dynamique de lignification chez différents systèmes végétaux (sections de tiges et de racines, tiges entières, etc.) et chez différentes espèces végétales (lin, Arabidopsis thaliana, peuplier, etc.). De plus, le triple marquage a pu être réalisé avec deux types de biomolécules pour visualiser la biosynthèse simultanée de la lignine avec des polysaccharides non cellulosiques. Un second axe de recherche novateur a été initié afin de valider l’incorporation métabolique d’un analogue de monolignol dans les tissus végétaux et sa détection à l’aide d’une sonde radicalaire par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique. Cette nouvelle méthodologie pourra à terme fournir des informations sur la structure, la concentration et l’environnement de la sonde incorporée détectant spécifiquement la lignine de novo.
Lignin is a phenolic polymer of plant cell wall which forms with cellulose the lignocellulosic biomass, involved in a variety of industrial applications (biofuel, paper making, etc.). A better understanding of its formation within plant cell walls is needed to improve the valorization of this biomass. Lignin is mainly composed of three monomers called monolignols (H, G and S) that are assembled by a radicalar polymerization process initiated by laccases and/or peroxydases during lignification. The recent emergence of the bioorthogonal chemical reporter strategy appears as a powerful tool to study lignification processes. In this strategy, an analogue of the biomolecule of interest modified with a biocompatible chemical tag is metabolically incorporated into the target biomacromolecule. It is then detected by fluorophore tagging initiated by a bioorthogonal chemistry reaction. The current work presents the development of chemical tools based on the chemical reporter strategy for the study of lignification process. A novel triple labeling strategy has been developed to study lignification dynamics in plant cell wall by confocal fluorescence microscopy. Analogs bearing methylcyclopropenyl-, azido-, and alkynyl tags were synthesized for each monolignol (S, H and G respectively) and incorporated into the de novo lignin. These analogs were then selectively linked to a fluorophore by a specific bioorthogonal ligation reaction during a sequential triple labeling (DAinv, SPAAC, and CuAAC respectively). Fluorescence confocal microscopy allowed visualization of their differential incorporation into lignin. It gave informations about lignification dynamics in different plant systems (stem and root cross sections, whole stems, etc.) and to various plant species (flax, Arabidopsis thaliana, poplar, etc.). In addition, this triple labeling could be done with two types of biomolecules to simultaneously monitor the biosynthesis of lignin and non-cellulosic polysaccharides. A second innovative research axis was initiated to validate the metabolic incorporation of a monolignol analog in plant tissues with its detection using a radical probe by electronic paramagnetic resonance spectroscopy. This new methodology could ultimately provide informations about the structure, concentration and environment of the incorporated probe specifically by detection of de novo lignin.
La lignine est un polymère polyphénolique présent au niveau de la paroi végétale, qui forme avec la cellulose la biomasse lignocellulosique. Cette dernière est impliquée dans de nombreux processus industriels (biocarburant, pâte à papier, etc.). Une meilleure compréhension de sa biosynthèse est donc nécessaire pour améliorer la valorisation de la biomasse. La lignine est composée de trois principaux monomères appelés monolignols (H, G et S) qui sont assemblés par un couplage radicalaire initié par des laccases et/ou peroxydases lors de la lignification. L’émergence récente de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal apparait comme une technique idéale pour étudier les processus de lignification. Dans cette stratégie, un analogue de la biomolécule d’intérêt modifié avec une étiquette chimique biocompatible est incorporé dans la biomacromolécule cible via les voies métaboliques. Il est ensuite couplé à une sonde grâce à une réaction chimique bioorthogonale pour être détecté. Ces travaux de thèse présentent le développement d’outils chimiques basés sur la stratégie du rapporteur chimique afin d’étudier les processus de lignification. Une stratégie inédite de triple marquage a été mise au point pour étudier la dynamique de lignification dans la paroi végétale par microscopie confocale de fluorescence. Des analogues portant des groupements méthylcyclopropène, azoture, et alcyne ont été conçus pour chaque monolignol (S, H et G respectivement) et ont été incorporés simultanément dans la lignine de novo. Ces analogues ont ensuite été liés sélectivement à un fluorophore par des réactions de ligation bioorthogonale spécifiques lors d’un triple marquage séquentiel (DAinv, SPAAC et CuAAC respectivement). La microscopie confocale de fluorescence a permis de visualiser leur incorporation différentielle dans la lignine et d’obtenir des informations sur la dynamique de lignification chez différents systèmes végétaux (sections de tiges et de racines, tiges entières, etc.) et chez différentes espèces végétales (lin, Arabidopsis thaliana, peuplier, etc.). De plus, le triple marquage a pu être réalisé avec deux types de biomolécules pour visualiser la biosynthèse simultanée de la lignine avec des polysaccharides non cellulosiques. Un second axe de recherche novateur a été initié afin de valider l’incorporation métabolique d’un analogue de monolignol dans les tissus végétaux et sa détection à l’aide d’une sonde radicalaire par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique. Cette nouvelle méthodologie pourra à terme fournir des informations sur la structure, la concentration et l’environnement de la sonde incorporée détectant spécifiquement la lignine de novo.
Lignin is a phenolic polymer of plant cell wall which forms with cellulose the lignocellulosic biomass, involved in a variety of industrial applications (biofuel, paper making, etc.). A better understanding of its formation within plant cell walls is needed to improve the valorization of this biomass. Lignin is mainly composed of three monomers called monolignols (H, G and S) that are assembled by a radicalar polymerization process initiated by laccases and/or peroxydases during lignification. The recent emergence of the bioorthogonal chemical reporter strategy appears as a powerful tool to study lignification processes. In this strategy, an analogue of the biomolecule of interest modified with a biocompatible chemical tag is metabolically incorporated into the target biomacromolecule. It is then detected by fluorophore tagging initiated by a bioorthogonal chemistry reaction. The current work presents the development of chemical tools based on the chemical reporter strategy for the study of lignification process. A novel triple labeling strategy has been developed to study lignification dynamics in plant cell wall by confocal fluorescence microscopy. Analogs bearing methylcyclopropenyl-, azido-, and alkynyl tags were synthesized for each monolignol (S, H and G respectively) and incorporated into the de novo lignin. These analogs were then selectively linked to a fluorophore by a specific bioorthogonal ligation reaction during a sequential triple labeling (DAinv, SPAAC, and CuAAC respectively). Fluorescence confocal microscopy allowed visualization of their differential incorporation into lignin. It gave informations about lignification dynamics in different plant systems (stem and root cross sections, whole stems, etc.) and to various plant species (flax, Arabidopsis thaliana, poplar, etc.). In addition, this triple labeling could be done with two types of biomolecules to simultaneously monitor the biosynthesis of lignin and non-cellulosic polysaccharides. A second innovative research axis was initiated to validate the metabolic incorporation of a monolignol analog in plant tissues with its detection using a radical probe by electronic paramagnetic resonance spectroscopy. This new methodology could ultimately provide informations about the structure, concentration and environment of the incorporated probe specifically by detection of de novo lignin.
29-11-2019
29-11-2019
Thèse
Thèse

The investigation on mechanical behaviours of reinforcements and machining properties during manufacturing composites with complex shapes
The investigation on mechanical behaviours of reinforcements and machining properties during manufacturing composites with complex shapes


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Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage.
The mechanical characteristics and deformability behaviours of reinforcements are essential knowledge to optimize manufacturing process composites with complex shapes. Meanwhile, the machining properties of composites also greatly determine the in-service performance of composite parts. This thesis is not only dedicated on the three aspects in manufacturing and machining processes to explore what characters the special features in the mechanical properties and deformability behaviours of braided fabrics, which are promising and excellent textile reinforcements for composites with complex shapes. But also to study machining processes using the abrasive water jet technique in order to further improve machining efficiency without sacrificing quality. The mechanical characteristics of braided fabrics, especially for in-plane shearing phenomenon, were originally investigated and modelled based on bias-extension test. In addition, triaxial braids were also the subject of an experimental study to determine the mechanical characteristics with regard to braiding parameters, such as braiding angle and number of yarns. The deformability behaviour of triaxial braids during the preforming step was analysed and correlated with the associated defects according to the different process conditions, such as the pressures applied. In addition, the evolution of the deformability behaviour as a function of the braiding angle was geometrically modelled and verified by experimental results. The upgraded multi-pass cutting of abrasive waterjet was firstly introduced into composites machining process based on the exploration of the corresponding material removal mechanism. It was experimentally concluded that such technique could effectively enhance the machining quality and efficiency.
Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage.
The mechanical characteristics and deformability behaviours of reinforcements are essential knowledge to optimize manufacturing process composites with complex shapes. Meanwhile, the machining properties of composites also greatly determine the in-service performance of composite parts. This thesis is not only dedicated on the three aspects in manufacturing and machining processes to explore what characters the special features in the mechanical properties and deformability behaviours of braided fabrics, which are promising and excellent textile reinforcements for composites with complex shapes. But also to study machining processes using the abrasive water jet technique in order to further improve machining efficiency without sacrificing quality. The mechanical characteristics of braided fabrics, especially for in-plane shearing phenomenon, were originally investigated and modelled based on bias-extension test. In addition, triaxial braids were also the subject of an experimental study to determine the mechanical characteristics with regard to braiding parameters, such as braiding angle and number of yarns. The deformability behaviour of triaxial braids during the preforming step was analysed and correlated with the associated defects according to the different process conditions, such as the pressures applied. In addition, the evolution of the deformability behaviour as a function of the braiding angle was geometrically modelled and verified by experimental results. The upgraded multi-pass cutting of abrasive waterjet was firstly introduced into composites machining process based on the exploration of the corresponding material removal mechanism. It was experimentally concluded that such technique could effectively enhance the machining quality and efficiency.
27-11-2019
27-11-2019
Thèse
Thèse

Ingénierie de substrat par micro-usinage laser pour l’amélioration des performances de composants et fonctions RF intégrées en technologie SOI-CMOS
Ingénierie de substrat par micro-usinage laser pour l’amélioration des performances de composants et fonctions RF intégrées en technologie SOI-CMOS


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Dans l'industrie des semi-conducteurs, l'approche More-than-Moore constitue un facteur clé pour améliorer les performances du système, l'intégration et la diversification des applications. Dans le domaine des systèmes RF/hyperfréquences, il est essentiel de développer des fonctionnalités optimisées pour diverses exigences comme la linéarité, les pertes, la sensibilité, etc. Bien que la technologie silicium-sur-isolant (SOI) offre des solutions concurrentielles pour le marché des radiofréquences et des hyperfréquences, il a été démontré dans des études antérieures que l'ingénierie des substrats SOI permet d'améliorer encore les performances. Dans ce contexte, l'objet spécifique de ce travail de thèse a été d'étudier le traitement des substrats porteurs de tranches SOI (Silicium-sur-Isolant). L'objectif a consisté à enlever le substrat de silicium sous la zone active des fonctions RF pour obtenir des membranes SOI menant à des pertes RF réduites et une amélioration de la linéarité. Nous avons donc développé le procédé de micro-usinage et de gravure assistée par laser femtoseconde FLAME (Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch) pour suspendre en membrane les fonctions RF intégrées sur un substrat SOI. Un taux d'ablation spécifique élevé de 8,5 x 106 µm3 s-1 a été obtenu pour produire des membranes dont la surface varie de quelques centaines de µm2 à plusieurs mm2. La caractérisation RF a été réalisée sur différentes fonctions RF suspendues : commutateurs, inductances et amplificateurs à faible bruit (LNA). Une comparaison avec des substrats SOI à haute résistivité montre des performances supérieures pour les fonctions RF intégrées en membranes. Pour le commutateur, les mesures de distorsion harmonique ont montré une amélioration de 23 dB et 6 dB des secondes et troisièmes harmoniques, respectivement. Des mesures en régime petit signal d'inductance sur membranes ont révélé un quasi-doublement du facteur de qualité Q jusqu'à 3,2 nH. L'élimination du substrat de l'inductance d'adaptation d'entrée des LNA entraine une réduction du facteur de bruit de ~0,1 dB. Ces résultats mettent en évidence le potentiel important que constitue l’ingénierie des substrats pour l'amélioration des performances RF des technologies CMOS. De plus, pour les besoins d'analyse en boucle courte, la méthode FLAME permet de quantifier très rapidement l'influence du substrat sur les pertes et la linéarité sans avoir recours à des techniques d’élimination complète. Un autre avantage distinctif de cette méthode est la possibilité de quantifier l'effet du substrat sur un circuit complet en suspendant un composant spécifique sans affecter les autres. Les méthodes de fabrication développées sont également applicables aux capteurs en technologie SOI, ce qui apporte une valeur ajoutée globale en ligne avec le paradigme More-than-Moore.
In semiconductor industry, the More-than-Moore approach is a key enabler for enhanced system performance, better integration and improved diversity of applications. Within the focus area of RF/microwave systems, it is essential to develop different functionalities which are optimized for various requirements like linearity, losses, sensitivity etc. While Silicon-on-Insulator (SOI) technology offers competitive solutions for RF/microwave market, it has been demonstrated in previous studies that SOI substrate engineering results in further performance gains. In this context, the specific goal of our work is the investigation of substrate processing of SOI RF functions using femtosecond laser ablation. The objective is to remove silicon handler substrate under the active area of the RF functions to obtain SOI membranes which have reduced RF losses and improved linearity. In this work, we have developed the Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch (FLAME) process to suspend RF functions integrated on a SOI substrate. A high specific ablation rate of 8.5 x 106 µm3 s-1 has been achieved to produce membranes with a surface area ranging from few hundreds µm2 to several mm2. RF characterization has been performed on different suspended RF functions: switches, inductors and low noise amplifiers (LNA). A comparison with high-resistivity SOI substrates shows superior performance of RF functions integrated in suspended membranes. For the SP9T switch, harmonic distortion measurements showed an improvement of 23 dB and 6 dB of the second and third harmonic, respectively. Small signal measurements of inductors on membranes revealed a near doubling of the quality factor of inductors up to 3.2 nH. Substrate removal of input matching inductor on LNA resulted in reduction of noise figure by ~0.1 dB. These results highlight the great potential for use of substrate processing for improvement of RF performance in CMOS technology. In addition, for short loop analysis needs, the FLAME method allows to quantify the influence of the substrate on losses and linearity very quickly without the need for total substrate removal. Another distinctive advantage of this methodology is the ability to quantify the substrate effect on a full circuit by suspending a specific component while keeping other components unaffected. The developed fabrication methods are equally usable for sensor applications on SOI technology, which provides an overall added value in line with the More-than-Moore paradigm.
Dans l'industrie des semi-conducteurs, l'approche More-than-Moore constitue un facteur clé pour améliorer les performances du système, l'intégration et la diversification des applications. Dans le domaine des systèmes RF/hyperfréquences, il est essentiel de développer des fonctionnalités optimisées pour diverses exigences comme la linéarité, les pertes, la sensibilité, etc. Bien que la technologie silicium-sur-isolant (SOI) offre des solutions concurrentielles pour le marché des radiofréquences et des hyperfréquences, il a été démontré dans des études antérieures que l'ingénierie des substrats SOI permet d'améliorer encore les performances. Dans ce contexte, l'objet spécifique de ce travail de thèse a été d'étudier le traitement des substrats porteurs de tranches SOI (Silicium-sur-Isolant). L'objectif a consisté à enlever le substrat de silicium sous la zone active des fonctions RF pour obtenir des membranes SOI menant à des pertes RF réduites et une amélioration de la linéarité. Nous avons donc développé le procédé de micro-usinage et de gravure assistée par laser femtoseconde FLAME (Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch) pour suspendre en membrane les fonctions RF intégrées sur un substrat SOI. Un taux d'ablation spécifique élevé de 8,5 x 106 µm3 s-1 a été obtenu pour produire des membranes dont la surface varie de quelques centaines de µm2 à plusieurs mm2. La caractérisation RF a été réalisée sur différentes fonctions RF suspendues : commutateurs, inductances et amplificateurs à faible bruit (LNA). Une comparaison avec des substrats SOI à haute résistivité montre des performances supérieures pour les fonctions RF intégrées en membranes. Pour le commutateur, les mesures de distorsion harmonique ont montré une amélioration de 23 dB et 6 dB des secondes et troisièmes harmoniques, respectivement. Des mesures en régime petit signal d'inductance sur membranes ont révélé un quasi-doublement du facteur de qualité Q jusqu'à 3,2 nH. L'élimination du substrat de l'inductance d'adaptation d'entrée des LNA entraine une réduction du facteur de bruit de ~0,1 dB. Ces résultats mettent en évidence le potentiel important que constitue l’ingénierie des substrats pour l'amélioration des performances RF des technologies CMOS. De plus, pour les besoins d'analyse en boucle courte, la méthode FLAME permet de quantifier très rapidement l'influence du substrat sur les pertes et la linéarité sans avoir recours à des techniques d’élimination complète. Un autre avantage distinctif de cette méthode est la possibilité de quantifier l'effet du substrat sur un circuit complet en suspendant un composant spécifique sans affecter les autres. Les méthodes de fabrication développées sont également applicables aux capteurs en technologie SOI, ce qui apporte une valeur ajoutée globale en ligne avec le paradigme More-than-Moore.
In semiconductor industry, the More-than-Moore approach is a key enabler for enhanced system performance, better integration and improved diversity of applications. Within the focus area of RF/microwave systems, it is essential to develop different functionalities which are optimized for various requirements like linearity, losses, sensitivity etc. While Silicon-on-Insulator (SOI) technology offers competitive solutions for RF/microwave market, it has been demonstrated in previous studies that SOI substrate engineering results in further performance gains. In this context, the specific goal of our work is the investigation of substrate processing of SOI RF functions using femtosecond laser ablation. The objective is to remove silicon handler substrate under the active area of the RF functions to obtain SOI membranes which have reduced RF losses and improved linearity. In this work, we have developed the Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch (FLAME) process to suspend RF functions integrated on a SOI substrate. A high specific ablation rate of 8.5 x 106 µm3 s-1 has been achieved to produce membranes with a surface area ranging from few hundreds µm2 to several mm2. RF characterization has been performed on different suspended RF functions: switches, inductors and low noise amplifiers (LNA). A comparison with high-resistivity SOI substrates shows superior performance of RF functions integrated in suspended membranes. For the SP9T switch, harmonic distortion measurements showed an improvement of 23 dB and 6 dB of the second and third harmonic, respectively. Small signal measurements of inductors on membranes revealed a near doubling of the quality factor of inductors up to 3.2 nH. Substrate removal of input matching inductor on LNA resulted in reduction of noise figure by ~0.1 dB. These results highlight the great potential for use of substrate processing for improvement of RF performance in CMOS technology. In addition, for short loop analysis needs, the FLAME method allows to quantify the influence of the substrate on losses and linearity very quickly without the need for total substrate removal. Another distinctive advantage of this methodology is the ability to quantify the substrate effect on a full circuit by suspending a specific component while keeping other components unaffected. The developed fabrication methods are equally usable for sensor applications on SOI technology, which provides an overall added value in line with the More-than-Moore paradigm.
27-11-2019
27-11-2019
Thèse
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Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes
Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes


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Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes.
French waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components.
Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes.
French waters have a strong potential for tidal turbines applications. In these areas of strong currents, intense velocity fluctuations are observed in the water column. They ultimately come from variations in seabed bathymetry and can have a strong impact on tidal turbine energy production and fatigue. In order to understand the turbulent structures generation in the wake of obstacles and to build a data base for future numerical studies, the Alderney Race conditions are reproduced experimentally, in a wave and current tank, in Froude similitude and with a Reynolds number as high as possible. In this study, real bathymetric variations are represented using canonical elements: a cube, a cylinder, an inclined plane or a combination of all three. Cases with bathymetric variations higher than average (obstacle alone) are differentiated from average rugosity cases (obstacles combined). In order to characterize the wake behind these obstacles and to study how turbulence evolve in the water column, PIV and LDV measurements are made for various turbulence rates of the incoming flow. Results show that the cylinder alone produces the most spread out wake. In that case, large scale turbulent structures, rising all the way to the surface, are identified. The development of processing methods and data analysis allows the detection of vortex centres and the determination of their properties. The cylinder wake impact on a tri-bladed horizontal axis turbine behaviour is then studied. Depending on the position of the turbine relative to the obstacle, the turbine can be subject to large amplitude loads due to velocity fluctuations generated by the presence of the obstacle in the flow. Force measurements on the blades and turbine dynamic behaviour characterization allow to quantify those load variations. They depend on the turbulent structures impacting the turbine and the shear in the velocity profile. The results obtained could be exploited for further fatigue analyses on blades or on other tidal turbine components.
26-11-2019
26-11-2019
Thèse
Thèse

Conception et réalisation des bobines PCB à base de matériau magnétique souple pour des convertisseurs HF
Conception et réalisation des bobines PCB à base de matériau magnétique souple pour des convertisseurs HF


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L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.
The arrival on the market of GaN power transistors allow to increase the operating frequency of static converters. The direct consequence is the reduction of the dimensions of the passive components which leads to increase the converter power density. Inductors used for storage and filtering of electrical energy are very bulky components and occupy an important place in the converters. One solution for reducing the dimensions of these inductors is to increase the operating frequency of the static converters, made possible thanks to the GaN components. The work of this thesis is about the design and realization of energy storage inductor, made from printed circuit board (PCB) tracks and flexible magnetic materials for high frequency DC-DC converters based on GaN transistors. Flexible magnetic materials marketed in the form of sheets have magnetic characteristics suitable for high frequency applications. Also, they can be cut into different geometric shapes. As part of this thesis, we have proposed a design method for PCB inductors based on flexible materials for high frequency converters. It is based on an algorithm for optimizing the volume of the inductor taking into account the thermal issues of the magnetic material and the parasitic capacitances which appear at high frequencies. The designed inductor is then characterized in order to validate the proposed design tool. The last step is to integrate the obtained inductor in a synchronous Boost converter based on GaN transistors of 1MHz operating frequency to evaluate its electrical and thermal performances. In order to take into account finely the thermal constraints in the design of the inductor, improvements are proposed, based on the results of experimental validation.
L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.
The arrival on the market of GaN power transistors allow to increase the operating frequency of static converters. The direct consequence is the reduction of the dimensions of the passive components which leads to increase the converter power density. Inductors used for storage and filtering of electrical energy are very bulky components and occupy an important place in the converters. One solution for reducing the dimensions of these inductors is to increase the operating frequency of the static converters, made possible thanks to the GaN components. The work of this thesis is about the design and realization of energy storage inductor, made from printed circuit board (PCB) tracks and flexible magnetic materials for high frequency DC-DC converters based on GaN transistors. Flexible magnetic materials marketed in the form of sheets have magnetic characteristics suitable for high frequency applications. Also, they can be cut into different geometric shapes. As part of this thesis, we have proposed a design method for PCB inductors based on flexible materials for high frequency converters. It is based on an algorithm for optimizing the volume of the inductor taking into account the thermal issues of the magnetic material and the parasitic capacitances which appear at high frequencies. The designed inductor is then characterized in order to validate the proposed design tool. The last step is to integrate the obtained inductor in a synchronous Boost converter based on GaN transistors of 1MHz operating frequency to evaluate its electrical and thermal performances. In order to take into account finely the thermal constraints in the design of the inductor, improvements are proposed, based on the results of experimental validation.
25-11-2019
25-11-2019
Thèse
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Développement des textiles instrumentés intégrant des électrodes organiques de mesure de bio-potentiel
Développement des textiles instrumentés intégrant des électrodes organiques de mesure de bio-potentiel


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Les maladies cardiovasculaires sont les premières causes de mortalités dans le monde. La manière la plus efficace de combattre ces maladies est le suivi en temps réel de l’électrocardiogramme (ECG) qui traduit les signaux électriques générés par les cellules cardiaques. Le signal ECG fournit aux cardiologues toutes les informations nécessaires pour diagnostiquer les pathologies cardiaques. De nos jours, l’électrocardiogramme s’enregistre en cabinet à l’aide d’électrodes cutanées à base d’argent et chlorure de l’argent (Ag/AgCl). Celles-ci ne sont pas conçues pour un usage prolongé et peuvent provoquer des irritations de la peau à cause du gel ionique qui les compose et qui sert à réduire l’impédance de l’interface électrode/peau. Dans cette thèse, des électrodes textiles flexibles fonctionnant sans aucun gel ionique ont été développées en tant qu’alternatives aux électrodes médicales (Ag/AgCl). Notre approche est basée sur la modification d’encres conductrices à base du polymère intrinsèquement conducteur, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS) compatible avec les substrats textiles choisis. La réalisation des électrodes fait appel à des techniques de fabrication qui peuvent être transférées facilement à l’industrie textile. Des caractérisations ont été mises en places afin d’évaluer la fiabilité de ces systèmes avant et après 50 lavages en machine de laboratoire et domestique. En l’occurrence, la résistivité surfacique des électrodes-capteurs, la modélisation de l’interface électrode/peau, l’analyse du signal ECG en statique et en dynamique, la densité spectrale de puissance du signal ECG, le rapport signal sur bruit (SNR) ont été analysés et comparés à des électrodes commerciales à base d’argent. Comme nos électrodes-capteurs développées possèdent un véritable potentiel clinique et industriel, nous avons également étudié la faisabilité de la connectique et sa durabilité. La solution retenue se compose de deux fils conducteurs en polyamide argenté, existants sur le marché, brodés pour réaliser les connexions entre les électrodes-capteurs textiles et un module électronique flexible à base d’un film composite (polyester-aluminium). De plus deux méthodes d’encapsulation des systèmes ont été également développées en vue de leur protection au lavage et futur commercialisation.
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. The most effective way to combat these diseases is the real-time monitoring of the electrocardiogram (ECG) that reflect the electrical signals generated by the heart cells. The ECG signal provides to cardiologists all the information needed to diagnose heart diseases. So far, the electrocardiogram is recorded by using the cutaneous conventional medical electrodes (Ag/AgCl) based on silver and silver chloride. These electrodes are not destined for long-term use and can provoke skin irritation because of the ionic gel that serves to reduce the impedance of the electrode / skin interface. In this thesis, flexible textile electrodes operating without any ionic gel have been developed as alternatives to medical electrodes (Ag/AgCl). Our approach is based on the modification of conductive inks based on the intrinsically conductive polymer, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) compatible with selected textile substrates. The realization of the electrodes uses manufacturing techniques that can be easily transferred to the textile industry. Characterizations were set up to evaluate the reliability of these systems before and after 50 washes in laboratory and domestic machines. In this case, the surface resistivity of the electrodes-sensors, the modeling of the electrode/skin interface, the analysis of the ECG signal in static and dynamic, the spectral power density of the ECG signal, the signal-to-noise ratio (SNR) were analyzed and compared to commercial silver-based electrodes. As our developed sensor electrodes have a real clinical and industrial potential, we have also studied the feasibility of the connection and its durability. The chosen solution consists of two silver-plated polyamide threads, which are available on the market, embroidered to make the connections between the textile sensor electrodes and a flexible electronic module based on a composite film (polyester-aluminum). In addition, two encapsulation methods have also been developed to protect systems during washing and to make them ready for the market.
Les maladies cardiovasculaires sont les premières causes de mortalités dans le monde. La manière la plus efficace de combattre ces maladies est le suivi en temps réel de l’électrocardiogramme (ECG) qui traduit les signaux électriques générés par les cellules cardiaques. Le signal ECG fournit aux cardiologues toutes les informations nécessaires pour diagnostiquer les pathologies cardiaques. De nos jours, l’électrocardiogramme s’enregistre en cabinet à l’aide d’électrodes cutanées à base d’argent et chlorure de l’argent (Ag/AgCl). Celles-ci ne sont pas conçues pour un usage prolongé et peuvent provoquer des irritations de la peau à cause du gel ionique qui les compose et qui sert à réduire l’impédance de l’interface électrode/peau. Dans cette thèse, des électrodes textiles flexibles fonctionnant sans aucun gel ionique ont été développées en tant qu’alternatives aux électrodes médicales (Ag/AgCl). Notre approche est basée sur la modification d’encres conductrices à base du polymère intrinsèquement conducteur, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate) (PEDOT:PSS) compatible avec les substrats textiles choisis. La réalisation des électrodes fait appel à des techniques de fabrication qui peuvent être transférées facilement à l’industrie textile. Des caractérisations ont été mises en places afin d’évaluer la fiabilité de ces systèmes avant et après 50 lavages en machine de laboratoire et domestique. En l’occurrence, la résistivité surfacique des électrodes-capteurs, la modélisation de l’interface électrode/peau, l’analyse du signal ECG en statique et en dynamique, la densité spectrale de puissance du signal ECG, le rapport signal sur bruit (SNR) ont été analysés et comparés à des électrodes commerciales à base d’argent. Comme nos électrodes-capteurs développées possèdent un véritable potentiel clinique et industriel, nous avons également étudié la faisabilité de la connectique et sa durabilité. La solution retenue se compose de deux fils conducteurs en polyamide argenté, existants sur le marché, brodés pour réaliser les connexions entre les électrodes-capteurs textiles et un module électronique flexible à base d’un film composite (polyester-aluminium). De plus deux méthodes d’encapsulation des systèmes ont été également développées en vue de leur protection au lavage et futur commercialisation.
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. The most effective way to combat these diseases is the real-time monitoring of the electrocardiogram (ECG) that reflect the electrical signals generated by the heart cells. The ECG signal provides to cardiologists all the information needed to diagnose heart diseases. So far, the electrocardiogram is recorded by using the cutaneous conventional medical electrodes (Ag/AgCl) based on silver and silver chloride. These electrodes are not destined for long-term use and can provoke skin irritation because of the ionic gel that serves to reduce the impedance of the electrode / skin interface. In this thesis, flexible textile electrodes operating without any ionic gel have been developed as alternatives to medical electrodes (Ag/AgCl). Our approach is based on the modification of conductive inks based on the intrinsically conductive polymer, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) compatible with selected textile substrates. The realization of the electrodes uses manufacturing techniques that can be easily transferred to the textile industry. Characterizations were set up to evaluate the reliability of these systems before and after 50 washes in laboratory and domestic machines. In this case, the surface resistivity of the electrodes-sensors, the modeling of the electrode/skin interface, the analysis of the ECG signal in static and dynamic, the spectral power density of the ECG signal, the signal-to-noise ratio (SNR) were analyzed and compared to commercial silver-based electrodes. As our developed sensor electrodes have a real clinical and industrial potential, we have also studied the feasibility of the connection and its durability. The chosen solution consists of two silver-plated polyamide threads, which are available on the market, embroidered to make the connections between the textile sensor electrodes and a flexible electronic module based on a composite film (polyester-aluminum). In addition, two encapsulation methods have also been developed to protect systems during washing and to make them ready for the market.
22-11-2019
22-11-2019
Thèse
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Étude de l'accrétion des premiers solides de notre système solaire par microscopie électronique avancée
Étude de l'accrétion des premiers solides de notre système solaire par microscopie électronique avancée


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Les chondrites primitives sont les témoins de l’accrétion des astéroïdes. Elles sont constituées de composants de haute température (principalement des chondres de taille ~ 50 µm-1 mm) et d’une matrice fine interstitielle, riche en éléments volatils, tels que l’eau et la matière organique. Les couronnes à grains fins se situent à l’interface entre les chondres et la matrice et sont porteuses d’informations essentielles sur l’accrétion et la formation des astéroïdes. Pourtant, les études réalisées jusqu’ici n’ont pas permis de révéler l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ceci est lié d’une part à la faible taille de grain et à l’hétérogénéité de ces assemblages qui les rendent difficiles à analyser, et d’autre part aux processus corps parents (altération aqueuse, métamorphisme) qui les ont modifiés par la suite. Cette thèse a donc pour objectif de (1) développer une méthodologie analytique quantitative pour l’étude des assemblages hétérogènes submicrométriques basée sur la microscopie électronique et couplée à des procédures de traitement de données hyperspectrales ; (2) réaliser une étude comparative des couronnes à grains fins et de la matrice adjacente dans les météorites les plus primitives (faible altération/métamorphisme ; Paris, Semarkona, DOM 08006 et QUE 99177); (3) proposer un scénario de formation pour les couronnes des chondres et apporter des nouvelles contraintes sur les premières étapes de l’accrétion des solides dans le disque proto-planétaire. La comparaison multi-échelle matrice/couronnes et l’utilisation des abondances modales des phases, de leurs morphologies et de leurs compositions chimiques nous ont permis de contraindre la nature des précurseurs accrétés dans les chondrites et de remonter aux processus secondaires les ayant modifiés. Nous montrons que la poussière silicatée du disque se situant dans l’environnement proche de la région de formation des chondres a été thermiquement modifiée et compactée à la surface des chondres avant d’être incorporée avec le reste de la matrice pour former les premiers astéroïdes. Nous en concluons que cette étape est à l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ces résultats pourraient permettre de faire le lien entre les observations pétrographiques et les modèles astrophysiques de l’accrétion des premiers astéroïdes.
Primitive chondrites are the witness of the accretion of the first asteroids. They are composed of coarse-grained high-temperature components (mainly chondrules with a typical size of ~50 µm-1 mm) and of fine interstitial matrix, rich in volatile elements such as water and organic matter. The fine-grained rims (FGRs) at the interface of these two components contain essential information on the accretion and the formation of the first asteroids. However, to date, the origin of the differences between FGRs and matrix has not been explained. This is due, on the one hand, to the small grain size (< 3µm) and the heterogeneity of these assemblages which make them difficult to analyze, and, on the other hand, to the parent bodies processes (aqueous alteration/metamorphism) which modified them and obscured their original specificities. This limits our understanding of their origin and formation environment. The objective of this thesis work is therefore to (1) develop a new quantitative methodology for the study of submicrometric heterogeneous assemblages based on coupled electron microscopies and hyperspectral data processing; (2) carry out a comparative study of FGRs and their adjacent matrix in the most primitive meteorites (weak alteration/metamorphism; Paris, Semarkona, DOM 08006 and QUE 99177); (3) propose a formation scenario for FGRs and evaluate it with respect to existing accretion scenarios. The multi-scale matrix/FGR comparison, using phase modal abundances, morphologies and chemical compositions allowed us to effectively constrain the nature of the precursors and the early stages of dust accretion on chondrules as well as to identify specific secondary processes that affected them. We show in the different chondrites that the silicate dust from the disk in the environment of the chondrule formation region was thermally modified and compacted onto the surfaces of chondrules before being incorporated with the rest of the matrix to form the first asteroids. We conclude that this early process caused primary differences between FGRs and matrix. Our results allow to discuss the petrographic observations with respect to the astrophysical model of dust accretion.
Les chondrites primitives sont les témoins de l’accrétion des astéroïdes. Elles sont constituées de composants de haute température (principalement des chondres de taille ~ 50 µm-1 mm) et d’une matrice fine interstitielle, riche en éléments volatils, tels que l’eau et la matière organique. Les couronnes à grains fins se situent à l’interface entre les chondres et la matrice et sont porteuses d’informations essentielles sur l’accrétion et la formation des astéroïdes. Pourtant, les études réalisées jusqu’ici n’ont pas permis de révéler l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ceci est lié d’une part à la faible taille de grain et à l’hétérogénéité de ces assemblages qui les rendent difficiles à analyser, et d’autre part aux processus corps parents (altération aqueuse, métamorphisme) qui les ont modifiés par la suite. Cette thèse a donc pour objectif de (1) développer une méthodologie analytique quantitative pour l’étude des assemblages hétérogènes submicrométriques basée sur la microscopie électronique et couplée à des procédures de traitement de données hyperspectrales ; (2) réaliser une étude comparative des couronnes à grains fins et de la matrice adjacente dans les météorites les plus primitives (faible altération/métamorphisme ; Paris, Semarkona, DOM 08006 et QUE 99177); (3) proposer un scénario de formation pour les couronnes des chondres et apporter des nouvelles contraintes sur les premières étapes de l’accrétion des solides dans le disque proto-planétaire. La comparaison multi-échelle matrice/couronnes et l’utilisation des abondances modales des phases, de leurs morphologies et de leurs compositions chimiques nous ont permis de contraindre la nature des précurseurs accrétés dans les chondrites et de remonter aux processus secondaires les ayant modifiés. Nous montrons que la poussière silicatée du disque se situant dans l’environnement proche de la région de formation des chondres a été thermiquement modifiée et compactée à la surface des chondres avant d’être incorporée avec le reste de la matrice pour former les premiers astéroïdes. Nous en concluons que cette étape est à l’origine des différences entre couronnes et matrice. Ces résultats pourraient permettre de faire le lien entre les observations pétrographiques et les modèles astrophysiques de l’accrétion des premiers astéroïdes.
Primitive chondrites are the witness of the accretion of the first asteroids. They are composed of coarse-grained high-temperature components (mainly chondrules with a typical size of ~50 µm-1 mm) and of fine interstitial matrix, rich in volatile elements such as water and organic matter. The fine-grained rims (FGRs) at the interface of these two components contain essential information on the accretion and the formation of the first asteroids. However, to date, the origin of the differences between FGRs and matrix has not been explained. This is due, on the one hand, to the small grain size (< 3µm) and the heterogeneity of these assemblages which make them difficult to analyze, and, on the other hand, to the parent bodies processes (aqueous alteration/metamorphism) which modified them and obscured their original specificities. This limits our understanding of their origin and formation environment. The objective of this thesis work is therefore to (1) develop a new quantitative methodology for the study of submicrometric heterogeneous assemblages based on coupled electron microscopies and hyperspectral data processing; (2) carry out a comparative study of FGRs and their adjacent matrix in the most primitive meteorites (weak alteration/metamorphism; Paris, Semarkona, DOM 08006 and QUE 99177); (3) propose a formation scenario for FGRs and evaluate it with respect to existing accretion scenarios. The multi-scale matrix/FGR comparison, using phase modal abundances, morphologies and chemical compositions allowed us to effectively constrain the nature of the precursors and the early stages of dust accretion on chondrules as well as to identify specific secondary processes that affected them. We show in the different chondrites that the silicate dust from the disk in the environment of the chondrule formation region was thermally modified and compacted onto the surfaces of chondrules before being incorporated with the rest of the matrix to form the first asteroids. We conclude that this early process caused primary differences between FGRs and matrix. Our results allow to discuss the petrographic observations with respect to the astrophysical model of dust accretion.
21-11-2019
21-11-2019
Thèse
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