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Today, regular physical activity is an effective way to maintain goodhealth, especially with age. Despite this, older people are often sedentary and do not reach recommended levels. The use of body sensor networks is therefore part of a strategy to encourage physical activity. In this thesis, we propose a solution based ona device worn on the wrist and which transmits data related to physical activity during walking. The device is connected using optical wireless technology, which is an alternative to radiofrequency one that, with the growing number of connected objects, have limits in terms of interference, security and confidentiality. The objective is to determine the characteristics and the optimal performances by taking into account the specificities related to the scenario but also to the age of the person. We propose a suitable optical wireless communication channel model for this purpose and we discuss the impact of the body modelof the person, young or old, the step length, the walking speed and the limb movements. All of these parameters depend on age. To take into account the temporal evolution of performance during walking, outage probability is determined by taking into account the correlation by the sliding window technique. We show both theoretically and experimentally that by considering a model of a young person, performance can be underestimated or overestimated. It is therefore important to use a suitable elderly person model to effectively design the system. In addition, to guarantee connectivity while walking, a hybrid system is proposed where a radio link takes over from the optical system when the latter is broken. The hybrid system performance is studied with the objective of minimizing radio transmission timeshowingthe effectiveness of the hybrid system for monitoringan elderly person., Aujourd’hui, il est admis que la pratique d'une activité physique régulière est un moyen efficace de se maintenir en bonne santé, notamment avec l'âge. Malgré cela, les personnes âgées sont souvent sédentaires et n'atteignent pas les niveaux recommandés. Ainsi, l'utilisation de réseaux de capteurs corporels s'inscrit dans une stratégie d'incitation. Dans cette thèse, nous proposons une solution basée sur un dispositif porté au poignet transmettant des données liées à une activité de marche. Le dispositif communique par optique sans fil, une alternative aux radiofréquences qui avec le nombre croissant d'objets connectés ont des limites en termes d'interférences, de sécurité et de confidentialité. L'objectif est de mettre en œuvre une méthodologie pour déterminer les caractéristiques et les performances optimales de communication pour le suivi de la marche en prenant en compte les spécificités liées au scénario mais aussi à l'âge de la personne. Nous proposons un modèle de canal de communication optique sans fil adapté à cet effet et nous discutons de l'impact du modèle corporel de la personne, jeune ou âgée, de la longueur des pas, de la vitesse de marche, des mouvements des membres sur un cycle de marche. Tous ces paramètres dépendent de l'âge. Pour prendre en compte l'évolution temporelle des performances lors de la marche, la probabilité de rupture du lien est déterminée en considérant la corrélation par la technique de la fenêtre glissante. Nous montrons à la fois théoriquement et expérimentalement qu’avec un modèle de personne jeune, la performance peut être sous-estimée ou surestimée. Il est donc important d'utiliser un modèle de personne âgée adapté pour concevoir efficacement le système de surveillance. De plus, afin de garantir la connectivité au cours de la marche, un système hybride est proposé où une liaison radio prend le relais lorsque le lien optique est rompu. La performance du système hybride est étudiée avec l'objectif de minimiser le pourcentage de temps d'utilisation de la radio, montrant l'efficacité du système hybride pour le suivi d'une personne âgée.

Cette thèse se déroule au sein du Laboratoire Plasma et Conversion d’énergie (LAPLACE), dans le Groupe Génie Electrique et Systémique (GENESYS). Ce groupe de recherche travaille sur la conception de systèmes énergétiques, et notamment les aspects de dimensionnement, de gestion d’énergie et de modélisation de systèmes hétérogènes couplés. Le groupe GENESYS travaille notamment sur les piles à combustible, en étudiant le potentiel de cette technologie au sein de systèmes de production d’électricité.Le projet « Pile à combustible Pour Applications Aéronautiques (PIPAA) » est porté par un des partenaires industriels du LAPLACE, Safran Power Units, basé à Toulouse. Ce projet vise à concevoir un système de production d'électricité utilisant une pile à combustible hybridée à des stockages électrochimiques (batterie, supercondensateurs) pour des applications aéronautiques.Dans l’optique de simplifier le système hybride, la thèse a pour objet l'étude de l’hybridation directe d’une pile à combustible type PEM-HT (Pile à membranes échangeuses de protons haute température) avec une batterie. Cette hybridation directe vise d’une part à protéger la pile contre les variations rapides de courant demandées par l’application et d’autre part à la protéger contre les harmoniques de courant générés intrinsèquement par l’électronique de puissance associée en filtrant l’ondulation haute fréquence du courant. Un modèle dynamique du système a été développé, composé de modèles de pile et de batterie identifiés à partir de caractérisations sur des composants typiques. Une caractérisation originale du modèle dynamique de la pile a été menée à partir de sollicitations quasi-statiques réalisées à débits régulés et à débits fixes, et de balayages dynamiques en courant réalisés à débits fixes. Un dimensionnement d’un système hybride direct pile – batterie est proposé à partir d’un modèle au final simplifié du système. Celui-ci, validé par comparaison avec un modèle dynamique plutôt très complet, permet la résolution analytique du système et la comparaison de différentes technologies de batterie – lithium-ion et NiCd – pour une telle hybridation. Par ailleurs, un essai d’endurance permettant d’étudier l’impact d’harmoniques de courant à haute fréquence (HF) est actuellement mené sur 4 monocellules PEM-HT sur un banc développé au cours de ces travaux de thèse. L’analyse la plus poussée possible de ces essais sera proposée afin de démontrer l’intérêt de filtrer ces harmoniques HF par une hybridation directe.

The goal of this thesis is to study how the mammal cell adjusts its metabolism to the steps of the cell cycle. The cell cycle is the series of events leading a cell to divide itself. The purpose of the metabolism is to supply the cell with all the elements and the energy it needs to work. In particular, at every step of the cell cycle, the cell needs different elements to properly divide itself. So, it is crucial for the cell to coordinate the metabolism and the cell cycle and in particular to control what the metabolism produces through the cell cycle. To have a better understanding of the links between these two processes, we studied how a mathematical model representing the metabolism answered to different variations imposed by the cell cycle and we compared those answers to the literature. Satisfied by the results, we therefore built a hybrid model representing the evolution of the metabolism through the cell cycle. We recover in this hybrid model the main known variations of the metabolism through the cycle’s phases as well as experimental variations of the energetic and redox metabolites. Encouraged by these results, we finally disturbed our hybrid model to recover metabolic tendencies due to cancer, a set of diseases affecting both the metabolism and the cell cycle., L’objectif de cette thèse est d’étudier comment la cellule mammifère adapte son métabolisme aux étapes du cycle cellulaire. Le cycle cellulaire est l’ensemble des étapes menant une cellule à se diviser. Le rôle du métabolisme est de fournir à la cellule les éléments et l’énergie dont elle a besoin pour fonctionner. En particulier, à chaque étape du cycle cellulaire, la cellule a besoin de différents éléments pour pouvoir, à terme, se diviser correctement. Il est donc crucial pour la cellule de coordonner le métabolisme et le cycle cellulaire et en particulier de contrôler ce que le métabolisme produit au cours du cycle cellulaire. Pour mieux comprendre ce lien entre ces deux processus, nous avons étudié comment un modèle mathématique du métabolisme répondait à différentes variations imposées par le cycle cellulaire et nous avons comparé ces réponses à la littérature. Satisfaits des résultats obtenus, nous avons alors construit un modèle hybride représentant l’évolution du métabolisme au cours du cycle cellulaire. Nous retrouvons dans ce modèle hybride les grandes variations connues des voies métaboliques au cours des phases du cycle cellulaire ainsi que des variations expérimentales des métabolites énergétiques et redox. Encouragés par ces résultats, nous avons finalement perturbé notre modèle hybride pour retrouver des tendances du métabolisme dues au cancer, un ensemble de maladies touchant à la fois le cycle cellulaire et le métabolisme.

The research work proposed in this thesis falls within the context of embedded systems electrification with the development of a new hybrid power conversion chain, with new energy sources and powertrains. These systems offer many degrees of freedom regarding both the devices parameters and the tuning values of the associated control laws. The relevant (technico-economic) optimization of these complex power chains relies on the ability of the best-set algorithm to combine simultaneously the main parameters and the technological constraints of each component, the uncertain environmental conditions faced during areal use and finally the control algorithms as well as the global energy management. Their performances are based on the capacity of the design approaches to consider the real environment multiphysic constraints, the adequacy of the technologies, the topologies and the control laws, allowing to integrate and to associate effectively their constituents. In this context, this research work aims at developing tools and methods allowing the optimization of the power architectures and their components (hybrid energy conversion) by integrating in the design process the control-command and the energy management aspects. They consider a use case based on hybrid Fuel cell / Battery power system.For this purpose, a new nested methodology for complex system is been suggested. It enables to tackle large search spaces and considers different performance indexes (energy saving, reliability and volume). It simultaneously tunes and designs the energy management and component sizing by optimizing the main powertrain parameters while respecting the specifications. Technically, it uses two nested loops, combining the particle swarm optimization (PSO) technique’s performance and the rapid optimal control algorithm. This strategy addresses vast search spaces, achieves faster convergence to the global optimal integer design solution, and provides a good accuracy and robustness. In order to consider the randomness feature of real driving cycle (stochastic characteristic), a real time energy management strategy (EMS) was introduced based on an extension of the design approach, which increases its availability. By using machine-learning technique, an estimation of the current driving mode is developed and permits to guide the online energy management system., Les travaux proposés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’électrification des systèmes embarqués au travers du développement de nouvelles chaines hybrides de conversion d’énergie ; celle-ci se fondant sur de nouvelles motorisations et combinaison de sources d’énergies complémentaires. Ces systèmes présentent de nombreux degrés de liberté, tant vis-à-vis des paramètres de ses constituants, que des réglages des lois de contrôle qui leurs sont associées. L’optimisation (technico-économique) pertinente de ces chaines de conversion complexes repose donc sur l’aptitude des méthodes de recherche d’intégrer simultanément les paramètres macroscopiques des composants ainsi que leurs contraintes technologiques, les conditions aléatoires imposées par l’environnement sur un cycle de fonctionnement et enfin les algorithmes de contrôle de bas niveau comme la gestion énergétique globale. Les performances de ces systèmes reposent sur la capacité des méthodologies de conception à considérer les contraintes multi-physiques liées à leur environnement réel, l’adéquation des technologies, des topologies et des lois de commandes permettant d’intégrer et d’associer efficacement leurs constituants. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer des outils et des méthodes permettant l’optimisation des architectures de puissance et de leurs constituants, en intégrant dès la première phase de conception les notions de contrôle-commande et de gestion énergétique. Ils se déploieront sur l'étude d’une chaîne de conversion hybride électrifiée fondée sur une l’association pile à combustible / batterie.Pour ce faire, une approche globale de conception est proposée, utilisant une stratégie bi-niveau qui considère le problème de la gestion d’énergie directement à l'intérieur du problème de dimensionnement et intègre d’une manière progressive au même niveau plusieurs critères de performance: consommation d’énergie, fiabilité et encombrement. L’approche en question adopte alors deux boucles d'optimisation imbriquées: la boucle externe, basée sur les performances de la PSO (Particle Swarm Optimization), s’occupe du dimensionnement, tandis que la boucle interne agit sur la gestion d’énergie, utilisant la rapidité de la commande optimale. Cela offre un champ d’exploration plus vaste qu’une approche conventionnelle et permet d’atteindre les meilleures performances d’optimisation des sources d’énergie embarquées (minimiser la consommation, respecter les contraintes de fonctionnement de chaque constituant ainsi que les durées de vie cibles, satisfaire les exigences de la charge) avec une convergence rapide ainsi que de bonnes robustesse et précision. Outre ce couplage fort entre dimensionnement et gestion d’énergie, il s’agit de prendre en compte le caractère incertain de l’utilisation en proposant une optimisation robuste du dimensionnement final. Cela nécessite une stratégie de gestion énergétique en temps réel. Ainsi, une extension de l’approche de conception est proposée pour le fonctionnement temps réel utilisant une interaction entre reconnaissance du mode de conduite et contrainte énergétique basée sur l’apprentissage, permettant ainsi de garantir une meilleure intégration de l’approche développée.

Since 2019 Eloquant has been working on new opinion extraction tool, combining machine learning and linguistic rules. As the first version were inconsistent and opinions, often badly identified, the Sémantique team considered using complementary labelling strategies.We have developed a second version of the opinion analysis project, using an approach that reconciles machine learning and the integration of semantic annotations. First, we have reconstructed the training corpora, in order to make them more balanced. Then, the analysis of the errors of the previous version of the project, we adapted the symbolic rules and created new ones to make the tool as many effective as possible. Finally, the evaluation of the new version of the opinion analysis project allowed us to demonstrate its superiority compared to the first one.We also worked on the intensity detection in opinion analysis. The study of scientific works and disagreements between corpora annotators showed us the subjectivity of this notion. Nevertheless, we have produced several models based on different corpora, which will serve as a basis for the project under development.Finally, we participated in several Eloquant projects, such as the analysis of phone conversations, semantic enrichment for a Luxury House, the recognition of software names in short verbatims and the post-editing of verbatims translated from French into Russian. These projects helped us become familiar with the technologies used within the company.; Depuis 2019, Eloquant développe un nouvel outil d’extraction d’opinions, combinant apprentissage automatique et règles linguistiques. La première version ayant une performance inégale selon les entités à relever, et commettant fréquemment des erreurs dans l’identification des opinions, l’équipe Sémantique a envisagé de faire appel à des stratégies d’étiquetage complémentaires.Nous avons développé une deuxième version du projet d’analyse d’opinions, en utilisant une approche permettant de concilier l’apprentissage automatique et l’intégration des annotations sémantiques. Pour l’apprentissage automatique, nous avons reconstitué les corpus d’entraînement, afin de les rendre plus équilibrés. Par la suite, en analysant les erreurs de la version précédente du projet, nous avons adapté les règles symboliques et en avons créé de nouvelles pour apporter le plus d’améliorations possibles. Finalement, l’évaluation de la nouvelle version du projet d’analyse d’opinions nous a permis de démontrer la supériorité de ses performances par rapport à la première version.Nous avons également travaillé sur la détection de l’intensité pour l’analyse d’opinions. L’étude des ouvrages scientifiques et des désaccords entre les annotateurs des corpus nous a démontré la subjectivité de la notion en question. Nous avons tout de même entraîné plusieurs modèles basés sur différents corpus qui serviront comme base pour le projet en développement.Finalement, nous avons participé à plusieurs projets d’Eloquant, tels que l’analyse des conversations téléphoniques, l’enrichissement sémantique pour une Maison de Luxe, la reconnaissance de noms de logiciels dans des verbatims courts et la post-édition des verbatims traduits du français vers le russe. Ces projets nous ont aidés à nous familiariser avec les technologies utilisées au sein de l’entreprise.

In the context of nanomechanics, quantum hybrid systems are mechanical oscillators coupled to a single individual quantum system. These systems offer radically new possibilities for the fabrication of extremely sensitive and ultra-compact optomechanical transducers, which can serve as position sensors or nano engines.The hybrid system investigated in this work consists of a single semiconducting quantum dot (QD) embedded in a vibrating photonic wire. It has been shown in the team, a few years ago, that the transition energy of the QD depends on the strain generated by the wire oscillations.In this thesis, we demonstrate the reverse effect, where each photon emitted by the QD comes along with a strain-induced force which drives the oscillations of the photonic wire. This realizes a nano engine run by a laser-driven single quantum object. The effect has been coined “Quantum Hammer effect”. This result opens the possibility for the future realization of a quantum state of motion via the transfer of the ”quantumness” of a two-level system towards the motion of a macroscopic mechanical oscillator.; Dans le contexte de la nanomécanique, les systèmes hybrides quantiques sont des oscillateurs mécaniques couplés à un seul objet quantique individuel. Ces systèmes offrent des possibilités radicalement nouvelles pour la fabrication de transducteurs optomécaniques extrêmement sensibles et ultra-compacts, qui peuvent servir de capteurs de position ou de nano-moteurs.L’objet étudié dans ce travail est un système hybride constitué d’une boite quantique semi-conducteur unique couplée aux vibrations d’un fil photonique. Il a été démontré dans l'équipe, il y a quelques années, que l'énergie de transition de la boite quantique dépend de la contrainte générée par les oscillations du fil.Dans cette thèse, nous démontrons l'effet inverse, où chaque photon émis par la boite quantique s'accompagne d'une force qui entraîne l’oscillations du fil photonique. Ceci permet de réaliser un nano moteur fonctionnant grâce à la contrainte générée par une seule boite quantique pilotée par laser. L'effet est appelé "effet marteau quantique". Ce résultat ouvre la possibilité de la réalisation future d’un état quantique du mouvement par le transfert de la « quanticité » d'un système à deux niveaux vers le mouvement d’un oscillateur mécanique macroscopique.

The ability of conventional wind and tidal generation systems to provide the grid with reliable and stable power at all times is a new challenge due to weather fluctuations, which have a significant and direct impact on energy production. This is why the hybridization of wind and tidal power generation systems has been studied to improve the integration of wind and tidal power into the electricity grid.This study led us to develop contributions related to two main axes:The first axis is focused on a new concept of hybridization of two different energy sources in terms of physical properties, wind and horizontal axis turbines, based on an electromechanical coupling of these two systems. The two resources are wind energy and marine energy. The concept is developed using the functional similarities of turbines and similarities in energy conversion of their energy chains. To apply this concept first, the parameters of the double fed asynchronous generator installed in the GREAH emulator are identified. Then, the power conversion chain is modeled mathematically and simulated in a MATLAB / SIMULINK environment. We have developed two control strategies.A fixed speed strategy called "Direct Speed Control", and a variable speed strategy based on the search for maximum power, called "Indirect Speed Control". Finally, this concept has been implemented practically on the real-time emulator of the laboratory. The results obtained were analyzed and discussed following this work.The second axis is devoted to a concept called "accelerated time" simulation or "virtual time". Subsequently, this concept was implemented on the multi-physics emulator available at the GREAH laboratory. This concept (accelerated time) is based on reducing wind profile samples in order to decrease simulation time and facilitate real-time control.The main results are obtained first in MATLAB / SIMULINK, then verified on the emulator in real time.The main objective of this thesis is to study the concept of offshore wind / tidal turbine hybridization based on the flexibility of a multi-function emulator that allows various emulation architectures: wind turbines, tidal turbines, and hybrid wind - tidal turbines systems. We analyze its impact on the output power of the system; the obtained results are correlated with wind and tidal speed profiles, in which statistical properties impacting global power chains could be complementary and in particular in function of the given sites. Main contributions and perspectives- Development of the concept of electromechanical coupling.When two renewable energy sources are "integrated", the rapid fluctuation of the power generated is stabilized, but under certain conditions such as the presence of storage units or an automatic clutch system.- The accelerated time conceptThis method is used to reduce the size of the recorded wind or sea current data, to speed up the simulation time of the power generation units with reasonable results that are close to actual situations.- Study and develop the concept of electric shaft regime: If the electromechanical coupling is difficult to achieve from the mechanical point of view and the single shaft decouples are too frequent so high mechanical stress, one can study the electric shaft regime with two DFIG induction machines.There is a regime in which the ratios between the speeds of the different machines are rigorously constant. The system can operate in synchronous mode with specific structures and configurations.; La capacité des systèmes conventionnels de production d'énergie éolienne et marémotrice à fournir au réseau une énergie fiable et stable à tout moment est un nouveau défi en raison des fluctuations météorologiques, qui ont un impact significatif et direct sur la production d'énergie. C'est pourquoi l'hybridation des systèmes de production d'énergie éolienne et hydrolienne ont été étudiées pour améliorer l'intégration des énergies éolienne et marémotrice sur le réseau électrique.Cette étude nous a amené à développer des contributions liées à deux axes principaux :Le premier axe est focalisé sur un nouveau concept d'hybridation de deux sources énergétiques différentes en termes de propriétés physiques, l’éolien et l’hydrolienne à axe horizontal, basé sur un couplage électromécanique de ces deux systèmes. Les deux ressources sont l’énergie éolienne et l’énergie des courants marins. Le concept est développé en utilisant les similitudes fonctionnelles des turbines et les similarités en conversion d’énergie de leurs chaînes énergétiques. Pour appliquer ce concept en premier lieu, les paramètres de la génératrice asynchrone à double alimentation installée dans l’émulateur du GREAH sont identifiés. Ensuite, la chaîne de conversion de puissance est modélisée mathématiquement et simulée dans un environnement MATLAB / SIMULINK. Nous avons développé deux stratégies de commande.Une stratégie à vitesse fixe appelé "Contrôle direct de la vitesse", et une stratégie à vitesse variable basée sur la recherche de puissance maximale, dénommée "Contrôle indirecte de vitesse". Enfin, ce concept a été implémenté pratiquement sur l’émulateur en temps réel du laboratoire. Les résultats obtenus ont été analysés et discutés suite à ces travaux.Le deuxième axe est consacré à un concept que l’on appelle «temps accélérée» de simulation ou « temps virtuel ». Par la suite, ce concept a été mis en œuvre sur l’émulateur multi physique disponible au laboratoire GREAH. Ce concept (temps accélérée) est basé sur la réduction des échantillons de profil de vent afin de diminuer le temps de simulation et faciliter la commande en temps réel.Les résultats principaux sont obtenus d’abord dans MATLAB / SIMULINK, puis ont été vérifiés sur l’émulateur en temps réel. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le concept d’hybridation éolienne offshore / éolienne basée sur la flexibilité d’un émulateur multifonctions permettant diverses architectures d’émulation : éoliennes, éoliennes, et systèmes hybrides éoliennes - éoliennes. Nous analysons son impact sur la puissance de sortie du système. Les résultats obtenus sont corrélés aux profils de vitesse du vent et des marées, dans lesquels les propriétés statistiques ayant un impact sur les chaînes énergétiques mondiales pourraient être complémentaires et en particulier en fonction des sites donnés.Contributions principales et perspectives-Développement du concept de couplage électromécanique. Lorsque deux sources d’énergie renouvelables sont « intégrées », on stabilise la fluctuation rapide de la puissance générée, mais sous certaines conditions telles que la présence d’unités de stockage ou d’un système d’embrayage automatique.-Le concept temps accéléréeCette méthode est utilisée pour réduire la taille des données enregistrées du vent ou des courant marins, afin d’accélérer le temps de simulation des unités de production d'énergie avec des résultats raisonnables qui se rapprochent pertinemment des situations réelles.- Etudier et développer le concept de régime d’arbre électrique :Si le couplage électromécanique est difficile à réaliser du point de vue mécanique et que les découplages à arbre unique sont trop fréquents et que les contraintes mécaniques sont élevées, on peut étudier le régime de l'arbre électrique avec deux machines à induction DFIG. Le système peut fonctionner en mode synchrone avec des structures et configurations spécifiques.

The ability of conventional wind and tidal generation systems to provide the grid with reliable and stable power at all times is a new challenge due to weather fluctuations, which have a significant and direct impact on energy production. This is why the hybridization of wind and tidal power generation systems has been studied to improve the integration of wind and tidal power into the electricity grid.This study led us to develop contributions related to two main axes:The first axis is focused on a new concept of hybridization of two different energy sources in terms of physical properties, wind and horizontal axis turbines, based on an electromechanical coupling of these two systems. The two resources are wind energy and marine energy. The concept is developed using the functional similarities of turbines and similarities in energy conversion of their energy chains. To apply this concept first, the parameters of the double fed asynchronous generator installed in the GREAH emulator are identified. Then, the power conversion chain is modeled mathematically and simulated in a MATLAB / SIMULINK environment. We have developed two control strategies.A fixed speed strategy called "Direct Speed Control", and a variable speed strategy based on the search for maximum power, called "Indirect Speed Control". Finally, this concept has been implemented practically on the real-time emulator of the laboratory. The results obtained were analyzed and discussed following this work.The second axis is devoted to a concept called "accelerated time" simulation or "virtual time". Subsequently, this concept was implemented on the multi-physics emulator available at the GREAH laboratory. This concept (accelerated time) is based on reducing wind profile samples in order to decrease simulation time and facilitate real-time control.The main results are obtained first in MATLAB / SIMULINK, then verified on the emulator in real time.The main objective of this thesis is to study the concept of offshore wind / tidal turbine hybridization based on the flexibility of a multi-function emulator that allows various emulation architectures: wind turbines, tidal turbines, and hybrid wind - tidal turbines systems. We analyze its impact on the output power of the system; the obtained results are correlated with wind and tidal speed profiles, in which statistical properties impacting global power chains could be complementary and in particular in function of the given sites. Main contributions and perspectives- Development of the concept of electromechanical coupling.When two renewable energy sources are "integrated", the rapid fluctuation of the power generated is stabilized, but under certain conditions such as the presence of storage units or an automatic clutch system.- The accelerated time conceptThis method is used to reduce the size of the recorded wind or sea current data, to speed up the simulation time of the power generation units with reasonable results that are close to actual situations.- Study and develop the concept of electric shaft regime: If the electromechanical coupling is difficult to achieve from the mechanical point of view and the single shaft decouples are too frequent so high mechanical stress, one can study the electric shaft regime with two DFIG induction machines.There is a regime in which the ratios between the speeds of the different machines are rigorously constant. The system can operate in synchronous mode with specific structures and configurations., La capacité des systèmes conventionnels de production d'énergie éolienne et marémotrice à fournir au réseau une énergie fiable et stable à tout moment est un nouveau défi en raison des fluctuations météorologiques, qui ont un impact significatif et direct sur la production d'énergie. C'est pourquoi l'hybridation des systèmes de production d'énergie éolienne et hydrolienne ont été étudiées pour améliorer l'intégration des énergies éolienne et marémotrice sur le réseau électrique.Cette étude nous a amené à développer des contributions liées à deux axes principaux :Le premier axe est focalisé sur un nouveau concept d'hybridation de deux sources énergétiques différentes en termes de propriétés physiques, l’éolien et l’hydrolienne à axe horizontal, basé sur un couplage électromécanique de ces deux systèmes. Les deux ressources sont l’énergie éolienne et l’énergie des courants marins. Le concept est développé en utilisant les similitudes fonctionnelles des turbines et les similarités en conversion d’énergie de leurs chaînes énergétiques. Pour appliquer ce concept en premier lieu, les paramètres de la génératrice asynchrone à double alimentation installée dans l’émulateur du GREAH sont identifiés. Ensuite, la chaîne de conversion de puissance est modélisée mathématiquement et simulée dans un environnement MATLAB / SIMULINK. Nous avons développé deux stratégies de commande.Une stratégie à vitesse fixe appelé "Contrôle direct de la vitesse", et une stratégie à vitesse variable basée sur la recherche de puissance maximale, dénommée "Contrôle indirecte de vitesse". Enfin, ce concept a été implémenté pratiquement sur l’émulateur en temps réel du laboratoire. Les résultats obtenus ont été analysés et discutés suite à ces travaux.Le deuxième axe est consacré à un concept que l’on appelle «temps accélérée» de simulation ou « temps virtuel ». Par la suite, ce concept a été mis en œuvre sur l’émulateur multi physique disponible au laboratoire GREAH. Ce concept (temps accélérée) est basé sur la réduction des échantillons de profil de vent afin de diminuer le temps de simulation et faciliter la commande en temps réel.Les résultats principaux sont obtenus d’abord dans MATLAB / SIMULINK, puis ont été vérifiés sur l’émulateur en temps réel. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le concept d’hybridation éolienne offshore / éolienne basée sur la flexibilité d’un émulateur multifonctions permettant diverses architectures d’émulation : éoliennes, éoliennes, et systèmes hybrides éoliennes - éoliennes. Nous analysons son impact sur la puissance de sortie du système. Les résultats obtenus sont corrélés aux profils de vitesse du vent et des marées, dans lesquels les propriétés statistiques ayant un impact sur les chaînes énergétiques mondiales pourraient être complémentaires et en particulier en fonction des sites donnés.Contributions principales et perspectives-Développement du concept de couplage électromécanique. Lorsque deux sources d’énergie renouvelables sont « intégrées », on stabilise la fluctuation rapide de la puissance générée, mais sous certaines conditions telles que la présence d’unités de stockage ou d’un système d’embrayage automatique.-Le concept temps accéléréeCette méthode est utilisée pour réduire la taille des données enregistrées du vent ou des courant marins, afin d’accélérer le temps de simulation des unités de production d'énergie avec des résultats raisonnables qui se rapprochent pertinemment des situations réelles.- Etudier et développer le concept de régime d’arbre électrique :Si le couplage électromécanique est difficile à réaliser du point de vue mécanique et que les découplages à arbre unique sont trop fréquents et que les contraintes mécaniques sont élevées, on peut étudier le régime de l'arbre électrique avec deux machines à induction DFIG. Le système peut fonctionner en mode synchrone avec des structures et configurations spécifiques.

In this thesis a set of tools based on guaranteed methods are presented in order to solve multi-physics dynamic problems. These systems can be applied in various domains such that engineering design process, model of chemical reactions, simulation of biological systems or even to predict athletic performances.The resolution of these optimization problems is made of two stages. The first one consists in defining a mathematical model by setting up the equations for the problem. The model is made of a set of variables, a set of algebraic and functional constraints and cost functions. The latter are used in the second stage in order to extract the optimal solutions from the model depending on several criteria (volume, weight, etc).Algebraic constraints are used to describe the static properties of the system (quantity, size, density, etc). They are non-linear, non-convex and sometimes discontinuous. Functional constraints are used to manipulate dynamic quantities. These constraints can be quite simple such as monotony or periodicity or they can be more complex such as simple or piecewise differential constraints. Differential equations are used to describe physico-chemical properties (magnetic, thermal, etc) and other features evolving with the component use. Several levels of approximation exist for each of these two stages. These approximations give some relevant results but they do not guarantee the feasibility nor the optimality of the solutions.After presenting a set of guaranteed methods in order to perform the guaranteed integration of ordinary differential equations, a peculiar type of hybrid system that can be modeled with piecewise ordinary differential equation is considered. A new method that computes guaranteed integration of these piecewise ordinary differential equations is developed through an extension of the initial algorithm based on several proofs and theorems. In a second step these algorithms are gathered within a contractor programming module that have been implemented. It is used to solve algebraic and functional constraint satisfaction problems with guaranteed methods. Finally, the considered optimization problems are solved with a modular deterministic global optimization algorithm that uses the previous modules., Ce mémoire présente une approche basée sur des méthodes garanties pour résoudre des problèmes d’optimisation de systèmes dynamiques multi-physiques. Ces systèmes trouvent des applications directes dans des domaines variés tels que la conception en ingéniérie, la modélisation de réactions chimiques, la simulation de systèmes biologiques ou la prédiction de la performance sportive.La résolution de ces problèmes d’optimisation s’effectue en deux phases. La première consiste à mettre le problème en équations sous forme d’un modèle mathématique constitué d’un ensemble de variables, d’un ensemble de contraintes algébriques et fonctionelles ainsi que de fonctions de coût. Celles-ci sont utilisées lors de la seconde phase qui consiste à d’extraire du modèle les solutions optimales selon plusieurs critères (volume, poids, etc).Les contraintes algébriques permettent de manipuler des grandeurs statiques (quantité, taille, densité, etc). Elles sont non linéaires, non convexes et parfois discontinues.Les contraintes fonctionnelles permettent de manipuler des grandeurs dynamiques. Ces contraintes peuvent être relativement simples comme la monotonie ou la périodicité, mais aussi bien plus complexe par la prise en compte de contraintes différentielles simples ou définies par morceaux. Les équations différentielles sont utilisées pour modéliser des comportements physico-chimiques (magnétiques, thermiques, etc) et d’autres caractéristiques qui varient lors de l’évolution du système.Il existe plusieurs niveaux d’approximation pour chacune de ces deux phases. Ces approximations donnent des résultats pertinents, mais elles ne permettent pas de garantir l’optimalité ni la réalisabilité des solutions.Après avoir présenté un ensemble de méthodes garanties permettant de résoudre de manière garantie des équations différentielles ordinaires, nous formalisons un modèle particulier de systèmes hybrides sous la forme d’équations différentielles ordinaires par morceaux. A l’aide de plusieurs preuves et théorèmes nous étendons la première méthode de résolution pour résoudre de manière garantie ces équations différentielles par morceaux. Dans un second temps, nous intégrons ces deux méthodes au sein d’un module de programmation par contracteurs, que nous avons implémenté. Ce module basé sur des méthodes garantie permet de résoudre des problèmes de satisfaction de contraintes algébriques et fonctionnelles. Ce module est finalement utilisé dans un algorithme d’optimisation globale déterministe modulaire permettant de résoudre les problèmes considérés.

This PhD thesis models a renewable-based hybrid power supply system applied in an islanded context and investigates sizing and regulation strategies of such a hybrid system. First, various marine energy production technologies were reviewed and compared to common renewable resources. As well, various energy storage technologies were reviewed, compared, and evaluated to fit the chosen site characteristics. A brief investigation on offshore energy transmission and inverter regulations methods is presented. Then, a study of the site characteristics, and the availability of the different renew- able energy resources in the area are presented. This energy study constitutes the basis of the proposed system sizing method, where minimizing the cost and the CO2 emissions are considered as the main objectives. Furthermore, a fuzzy logic power management approach is proposed for the islanded micro-grid. Finally, a detailed study of the system components grid-side inverter regulation is presented. Three regulation levels were investigated: the single inverter, the renewable farm, and the hybrid system. In this context, different regulation strategies are considered at each level.; L’objectif de cette thèse est de dimensionner et régler un système hybride de production d’énergie pour un site isolé de type insulaire, basé sur des énergies renouvelables marines. De manière préliminaire divers systèmes de production d’énergie renouvelable marine ont d’abord été étudiés et comparés de manière qualitative à des systèmes de production d’énergie classiques. Plusieurs types de système de stockage d’énergie ont également été étudiés, comparés et évalués dans le cas du site considéré. Cette analyse préliminaire a été étendue aux différents types de transmissions d’énergie offshore et de méthodes de réglage des convertisseurs associés aux sources renouvelables. A partir de l’étude des caractéristiques du site et de l’analyse statistique des ressources renouvelables (vents, courants marins) une méthode de dimensionnement des éléments du système de production est présentée, dans l’objectif de minimiser les émissions de CO2 et le coût du système sur son cycle de vie. Pour cela, une solution de gestion de la puissance basée sur la logique floue est proposée pour le type de site considéré et comparée à une solution plus classique basée sur des règles logiques. Pour finir, une étude détaillée des différents méthodes de réglage du système hybride coté réseau est présentée. Trois niveaux de réglage sont considérés : réglage d’une source unique, réglage d’une ferme de plusieurs sources et réglage global du système hybride. Plusieurs modes de réglage sont considérés pour chaque niveau.

The study of the hybrid coupling between the vibrations of a mechanical resonator and a quantum degree of freedom requires extremely high force sensitivities. This was one of the motivations for the recent development of ultra-light nano-oscillators which are ultra-sensitive force probes now routinely operating at the attoNewton level.The first part of this work deals with the mechanical dressing of a silicon carbide suspended nanowire oscillating in two transverse directions. Its Brownian or driven evolution in an external force field modifies its mechanical properties: eigen-frequencies and eigen-directions of oscillation. An optical technique to measure the nanowire vibrations in two dimensions was developed. First, this technique enabled to map out an electrostatic force field, which revealed a dressing phenomenology specific to dimensions greater than one. In particular, shearing components of the force field are responsible for a rotation of the eigen-directions of vibration. Second, the measurement technique was tested in an optical force field applied by a laser focused on the nanowire. This field contains a rotational, non-conservative component. The reported experimental observations: eigenmodes orthogonality breaking, distorsion and amplification of Brownian motion spectra, are all in good agreement with the model of the mechanical dressing. Using a protocol adapted to the multidimensionality of the system, a deviation to the fluctuation-dissipation relation has also been measured, as a consequence of the non-conservative force bringing the system out of equilibrium. The study of this system's thermodynamic properties suggests corrections to the fluctuation-dissipation relation and predicts a squeezing of the oscillator's thermal noise in rotational force fields.The second part of the thesis concerns the hybrid system composed of a nanowire and a spin qubit: a colored NV center in diamond bound to its extremity. The optical properties of this oscillating single photon source are characterized through the measurement of space-time fluorescence correlations on which the oscillator's vibrations are encoded. We then developed a motion measurement technique compatible with very low photon fluxes, in particular inferior to the mechanical decoherence rate. The last part of the manuscript presents a preliminary study of the spin-mechanical coupling. After the observation of a phononic Mollow triplet, the experimental developments of the first part of the thesis were integrated in a second-generation stabilized hybrid experiment bringing the ultrasensitive force measurement within the reach of the hybrid system.; L'étude du couplage hybride entre les vibrations d'un résonateur mécanique et un degré de liberté quantique requiert une très grande sensibilité en force. Ceci a motivé le développement récent de nano-oscillateurs ultra-légers, qui constituent des sondes de force ultra-sensibles opérant désormais au niveau de l'attoNewton.Le premier volet de ce travail traite de l'habillage mécanique d'un nanofil suspendu de carbure de silicium, oscillant dans deux directions transverses. Son évolution Brownienne ou excitée dans un champ de force externe perturbe ses propriétés : fréquences et directions propres de vibration. Une technique de mesure optique des vibrations du nanofil en deux dimensions a été développée. Elle a permis, dans un premier temps, de cartographier un champ de force électrostatique, révélant une phénoménologie de l'habillage spécifique aux dimensions supérieures à un. En particulier, les composantes cisaillantes du champ induisent une rotation des directions propres de vibration. Dans un deuxième temps, la technique de mesure a été testée dans un champ de force optique, produit par un laser focalisé sur le nanofil, et qui contient une composante rotationnelle, non conservative. On rapporte l'observation d'une brisure de l'orthogonalité des modes propres, d'une distorsion et d'une amplification des spectres de mouvement Brownien, toutes en accord avec le modèle décrivant l'habillage mécanique du nanofil par ce champ de force externe non potentiel. A partir d'un protocole adapté à la multi-dimensionnalité du système, une déviation à la relation fluctuation-dissipation a également été mesurée : il s'agit d'une conséquence de la sortie de l'équilibre induite par la force optique non-conservative. L'étude des propriétés thermodynamiques du système suggère des corrections à la relation fluctuation-dissipation et prédit enfin un phénomène de compression du bruit thermique de l'oscillateur en champ de force rotationnel.Le deuxième volet de la thèse concerne le système hybride constitué d'un nanofil et d'un qubit de spin, un centre coloré NV du diamant attaché à son extrémité. Les propriétés optiques de cette source de photons uniques oscillante sont caractérisées à partir de la mesure de corrélations spatio-temporelles de la fluorescence du centre NV sur lesquelles les vibrations de l'oscillateur se retrouvent encodées. Nous avons ainsi développé un système de mesure du mouvement compatible avec de très faibles flux de photons, inférieurs en particulier au taux de décohérence mécanique. La dernière partie de ce manuscrit présente une étude préliminaire du couplage du spin-mécanique. Après l'observation d'un triplet de Mollow phononique, les développements expérimentaux de la première partie de la thèse ont été intégrés à une expérience hybride de seconde génération stabilisée amenant la mesure de force ultra-sensible à la portée du système hybride.

The study of the hybrid coupling between the vibrations of a mechanical resonator and a quantum degree of freedom requires extremely high force sensitivities. This was one of the motivations for the recent development of ultra-light nano-oscillators which are ultra-sensitive force probes now routinely operating at the attoNewton level.The first part of this work deals with the mechanical dressing of a silicon carbide suspended nanowire oscillating in two transverse directions. Its Brownian or driven evolution in an external force field modifies its mechanical properties: eigen-frequencies and eigen-directions of oscillation. An optical technique to measure the nanowire vibrations in two dimensions was developed. First, this technique enabled to map out an electrostatic force field, which revealed a dressing phenomenology specific to dimensions greater than one. In particular, shearing components of the force field are responsible for a rotation of the eigen-directions of vibration. Second, the measurement technique was tested in an optical force field applied by a laser focused on the nanowire. This field contains a rotational, non-conservative component. The reported experimental observations: eigenmodes orthogonality breaking, distorsion and amplification of Brownian motion spectra, are all in good agreement with the model of the mechanical dressing. Using a protocol adapted to the multidimensionality of the system, a deviation to the fluctuation-dissipation relation has also been measured, as a consequence of the non-conservative force bringing the system out of equilibrium. The study of this system's thermodynamic properties suggests corrections to the fluctuation-dissipation relation and predicts a squeezing of the oscillator's thermal noise in rotational force fields.The second part of the thesis concerns the hybrid system composed of a nanowire and a spin qubit: a colored NV center in diamond bound to its extremity. The optical properties of this oscillating single photon source are characterized through the measurement of space-time fluorescence correlations on which the oscillator's vibrations are encoded. We then developed a motion measurement technique compatible with very low photon fluxes, in particular inferior to the mechanical decoherence rate. The last part of the manuscript presents a preliminary study of the spin-mechanical coupling. After the observation of a phononic Mollow triplet, the experimental developments of the first part of the thesis were integrated in a second-generation stabilized hybrid experiment bringing the ultrasensitive force measurement within the reach of the hybrid system., L'étude du couplage hybride entre les vibrations d'un résonateur mécanique et un degré de liberté quantique requiert une très grande sensibilité en force. Ceci a motivé le développement récent de nano-oscillateurs ultra-légers, qui constituent des sondes de force ultra-sensibles opérant désormais au niveau de l'attoNewton.Le premier volet de ce travail traite de l'habillage mécanique d'un nanofil suspendu de carbure de silicium, oscillant dans deux directions transverses. Son évolution Brownienne ou excitée dans un champ de force externe perturbe ses propriétés : fréquences et directions propres de vibration. Une technique de mesure optique des vibrations du nanofil en deux dimensions a été développée. Elle a permis, dans un premier temps, de cartographier un champ de force électrostatique, révélant une phénoménologie de l'habillage spécifique aux dimensions supérieures à un. En particulier, les composantes cisaillantes du champ induisent une rotation des directions propres de vibration. Dans un deuxième temps, la technique de mesure a été testée dans un champ de force optique, produit par un laser focalisé sur le nanofil, et qui contient une composante rotationnelle, non conservative. On rapporte l'observation d'une brisure de l'orthogonalité des modes propres, d'une distorsion et d'une amplification des spectres de mouvement Brownien, toutes en accord avec le modèle décrivant l'habillage mécanique du nanofil par ce champ de force externe non potentiel. A partir d'un protocole adapté à la multi-dimensionnalité du système, une déviation à la relation fluctuation-dissipation a également été mesurée : il s'agit d'une conséquence de la sortie de l'équilibre induite par la force optique non-conservative. L'étude des propriétés thermodynamiques du système suggère des corrections à la relation fluctuation-dissipation et prédit enfin un phénomène de compression du bruit thermique de l'oscillateur en champ de force rotationnel.Le deuxième volet de la thèse concerne le système hybride constitué d'un nanofil et d'un qubit de spin, un centre coloré NV du diamant attaché à son extrémité. Les propriétés optiques de cette source de photons uniques oscillante sont caractérisées à partir de la mesure de corrélations spatio-temporelles de la fluorescence du centre NV sur lesquelles les vibrations de l'oscillateur se retrouvent encodées. Nous avons ainsi développé un système de mesure du mouvement compatible avec de très faibles flux de photons, inférieurs en particulier au taux de décohérence mécanique. La dernière partie de ce manuscrit présente une étude préliminaire du couplage du spin-mécanique. Après l'observation d'un triplet de Mollow phononique, les développements expérimentaux de la première partie de la thèse ont été intégrés à une expérience hybride de seconde génération stabilisée amenant la mesure de force ultra-sensible à la portée du système hybride.

This thesis addresses the problem of proving the safety of systems described by non-linear dynamical models and hybrid dynamical models. A system is said to be safe if all trajectories of its state do not reach an unsafe region. Proving the safety of systems by explicitly computing all its trajectories when its dynamic is non-linear or when its behavior is described by an hybrid model with non-linear dynamics remains a challenging task. This thesis considers the barrier function approach to prove the safety of a system. A barrier function, when it exists, partitions the state space and isolates the trajectories of the system starting from any possible initial values of the state and the unsafe part of the state space. The set of constraints, which have to be satisfied by a barrier function are usually non-convex, rendering the search of satisfying barrier functions hard. Previously, only polynomial barrier functions were taken in consideration and for systems with polynomial dynamics. This thesis considers relatively general dynamical systems with generic non-linear barrier functions. The solutions presented are based on template barrier functions, constraint satisfaction problems, and interval analysis. The first part of the thesis focuses on non-linear dynamical systems. The barrier function design problem is formulated as a constraint satisfaction problem that can be solved using tools from interval analysis. This formulation allows one to prove the safety of a non-linear dynamical system by finding the parameters of a template barrier function such that all constraints are satisfied using the FPS-CSC algorithm, which has been adapted and supplemented with contractors to improve its efficiency. The second part of the thesis is dedicated to the design of barrier functions for systems described by hybrid dynamical models. Safety properties have to be proven during the continuous-time evolution of the system, but also during transitions. This leads to additional constraints that have to be satisfied by candidate barrier functions. Solving all the constraints simultaneously to find all the barrier functions is usually computationally intractable. In the proposed approach, the algorithm explores all the locations sequentially. Transition constraints are introduced progressively between the already explored locations. Backtracking to previous location is considered when transition constraints are not satisfied. The efficiency of the proposed approaches has been compared with state-of-the-art solutions., Cette thèse développe des outils permettant de prouver qu’un système dynamique est sûr. En supposant qu’une partie de l’espace d’état est dangereuse, un système dynamique est dit sûr lorsque son état n’atteint jamais cette partie dangereuse au cours du temps, quel que soit l’état initial appartenant à un ensemble d’états initiaux admissibles et quel que soit le niveau de perturbation restant dans un domaine admissible. Les outils proposés cherchent à établir des preuves de sûreté pour des systèmes décrits par des modèles dynamiques non-linéaires et des modèles dynamiques hybrides. Prouver qu’un système dynamique est sûr en calculant explicitement l’ensemble des trajectoires possibles du système lorsque le modèle dynamique est non-linéaire et perturbé reste une tâche très difficile. C’est pourquoi cette thèse aborde ce problème à l’aide de fonctions barrières paramétrées. Une barrière, lorsqu’elle existe, permet de partitionner l’espace d’état et d’isoler l’ensemble des trajectoires possibles de l’état du système de la partie dangereuse de l’espace d’état. La fonction paramétrique décrivant la barrière doit satisfaire un certain nombre de contraintes impliquant la dynamique du modèle, l’ensemble des états initiaux possibles, et l’ensemble dangereux. Ces contraintes ne sont pas convexes en général, ce qui complique la recherche de fonctions barrières satisfaisantes. Précédemment, seules des fonctions barrières polynomiales ont été considérées pour des modèles dynamiques polynomiaux. Cette thèse considère des systèmes dynamiques relativement généraux avec des barrières paramétriques quelconques. Les solutions présentées exploitent des outils de satisfaction de contraintes sur des domaines continus et des outils issus de l’analyse par intervalles. Dans un premier temps, cette thèse considère des systèmes dynamiques non-linéaires à temps continu. Le problème de conception d’une barrière paramétrique est formulé comme un problème de satisfaction des contraintes sur des domaines réels avec des variables quantifiées de manière existentielle et universelle. L’algorithme CSC-FPS a été adapté afin de résoudre le problème de synthèse de barrière. Cet algorithme combine une exploration de l’espace des paramètres de la barrière et une phase de vérification des propriétés de la barrière. A l’aide de contracteurs, il est possible de significativement accélérer la recherche de solutions. Dans un second temps, ces résultats sont étendus au cas de systèmes décrits par des modèles dynamiques hybrides. La propriété de sûreté doit être prouvée lors de l’évolution à temps continu du système dynamique, mais aussi pendant les transitions du système. Ceci nécessite l’introduction de contraintes supplémentaires qui lient les fonctions barrières associées à chaque mode à temps continu entre elles. Réaliser la synthèse de toutes les fonctions barrières pour les différents modes simultanément n’est envisageable que pour des systèmes de très petite dimension avec peu de modes. Une approche séquentielle a été proposée. Les contraintes liées aux transitions sont introduites progressivement entre les modes pour lesquels une barrière a déjà été obtenue. Lorsque certaines contraintes de transition ne sont pas satisfaites, une méthode de backtracking doit être mise en œuvre afin de synthétiser des barrières offrant une meilleure prise en compte des contraintes de transition non satisfaites. Ces approches ont été évaluées et comparées avec des techniques de l’état de l’art sur des systèmes décrits par des modèles à temps continu et des modèles hybrides.

This thesis is a contribution towards the reduction of primary energy consumption and a better use of the renewable energy sources within the cooling system for building use. After a state of the art of the cooling machines for building use, a dynamic model for a solar absorption cooling system is developed and simulated. Then, an effectiveness factor (EF) for the comparison of solar absorption chiller suitability in different locations is defined. In the third chapter, the concept of hybrid cooling system -an efficient method contributing to the reduction of primary energy consumption- is presented. Hybrid cooling systems are categorized and reviewed, with the improvement achieved compared to standalone technologies. Then, a scheme for the selection of the best hybrid cooling system for given conditions is proposed. In the last part, an optimal sizing method that defines, in a specific region, a hybrid cooling energy system, economically feasible with maximum renewable energy share is presented. Thereby, the sizing method is performed taking into account the region where it will be used. For this purpose, a hybrid cooling system, used for a standard residential house, is designed. The system is modeled and simulated using a transient system simulation program, called Trnsys. Finally, the problem of sizing is studied for different case studies ; namely Marseilles-France and Beirut-Lebanon. The aim is to assess the proposed method according to diverse climatic conditions, component prices and electricity ccost., Cette thèse est une contribution à la réduction de la consommation d’énergie primaire et à une meilleure utilisation des sources d’énergie renouvelables dans le cadre des systèmes de refroidissement utilisés dans le bâtiment. Après un état de l’art sur les systèmes de refroidissement, un modèle dynamique d’un système de rafraîchissement solaire à base de machine à absorption est développé et simulé. Ensuite, un facteur d’efficacité (EF) pour comparer la pertinence de ce système dans différentes régions du monde est défini. Dans la troisième partie, la notion des systèmes de refroidissement hybride -une méthode efficace contribuant à la réduction de la consommation d’énergie primaire- est présentée. Puis, les systèmes hybrides de refroidissement sont classés en catégories et sont comparés avec les systèmes de refroidissement individuels. Ensuite, un schéma permettant de sélectionner le meilleur système de refroidissement hybride dans des conditions données est proposé. Dans la dernière partie, une méthode de dimensionnement d’un système hybride est établie. Cette approche est fondée sur des critères économiques et vise une optimisation des énergies renouvelables disponibles localement. Ainsi, le dimensionnement est réalisé en tenant compte de la région spécifique d’utilisation. Pour ce faire, un système de refroidissement hybride, conçu pour une maison standard, est modélisé puis simulé en utilisant le logiciel Trnsys. Finalement, et pour illustrer la méthode proposée, la problématique de dimensionnement est considérée pour deux régions différentes du globe ; à savoir Marseille-France et Beyrouth-Liban. Le but est d’évaluer les performances de la méthode, à travers des données effectives, pour diverses conditions climatiques, prix des composants et tarif d’électricité.

The environmental considerations justify for most the use of renewable energies in the industrialized countries. As regards Benin, small coastal country in track of development, the diversification of sources of energy supply is needed because of no particularly important proved deposit in fossil energy and more than 98% of the energy consumed is imported from neighboring countries such as Nigeria, Ghana and the Ivory Coast.The framework of this thesis is the production of wind power as an additional source of energy with the theme:"Design of wind energy plant associated with electricity network and backup generators : case of Cotonou Benin Marina Hotel"In this document, we have addressed as a generality, the energy context and the definition of the problematic regarding the use of renewable energy. Then, an assessment is made of available wind and solar resource on the site of our study setting to justify our choice. We also undertook a study of dimensioning of wind turbine for the design of our hybrid system. In this context, several simulations are performed with the MATLAB and RetScreen International software.; Les considérations d’ordre écologique justifient pour la plupart le recours aux énergies renouvelables dans les pays industrialisés. En ce qui concerne le Bénin, petit pays côtier en voie de développement, la diversification des sources d’approvisionnement en énergie s’impose car ne disposant pas de gisement prouvé particulièrement important en énergie fossiles et plus de 98% de l’énergie consommée est importée des pays voisins comme le Nigéria ; le Ghana et la Côte d’IvoireCe mémoire a pour cadre la production d’électricité éolienne comme source d’énergie additionnelle avec pour thème :"Étude et conception d'une centrale éolienne couplée au réseau électrique avec groupes électrogènes de secours : cas de l'hôtel Benin Marina à Cotonou"Dans ce document, nous avons abordé en guise de généralité, le contexte énergétique et la définition de la problématique du recours aux énergies renouvelables. Ensuite, une évaluation est faite des ressources éolienne et solaire disponibles du site de notre cadre d’étude aux fins de justifier notre choix. Nous avons également entrepris l’étude de dimensionnement d’aérogénérateur pour la conception de notre système hybride. Dans ce cadre, plusieurs simulations sont effectuées notamment avec les logiciels : RetScreen International, et MATLAB.

In this dissertation, two fundamental aspects arising in modern engineered control systems will be addressed: On the one hand, the presence of quantization in standard control loops. On the other hand, the state estimation in the presence of sporadic available measurements. These two aspects are addressed in two different parts. One of the main feature of this thesis consists of striving to derive computer-aided tools for the solution to the considered problems. Specifically, to meet this requirement, we revolve on a linear matrix inequalities (LMIs) approach. In the first part, we propose a set of LMI-based constructive Lyapunov-based tools for the analysis and the design of quantized control systems involving linear plants and linear controllers. The entire treatment revolves on the use of differential inclusions as modeling tools and on stabilization of compact sets as a stability notion. In the second part of the thesis, inspired by some of the classical observation schemes presented in the literature of sampled-data observers, we propose two observers to exponentially estimate the state of a linear system in the presence of sporadic measurements. In addition, building upon one of the two observers, an observer-based controller architecture is proposed to asymptotically stabilize a linear plant in the presence of sporadic sensing and actuation.; Dans cette thèse, nous aborderons deux aspects fondamentaux qui se posent dans les systèmes de commande modernes du fait de l'interaction entre des processus en temps continu et des dispositifs numériques: la synthèse de lois de commande en présence de quantificateurs et l'estimation d'état en présence de mesures sporadiques. Une des caractéristiques principales de cette thèse consiste également à proposer des méthodes constructives pour résoudre les problèmes envisagés. Plus précisément, pour répondre à cette exigence, nous allons nous tourner vers une approche basée sur les inégalités matricielles linéaires (LMI). Dans la première partie de la thèse, nous proposons un ensemble d'outils constructifs basés sur une approche LMI, pour l'analyse et la conception de systèmes de commande quantifiés impliquant des modèles et des correcteurs linéaires. L'approche est basée sur l'utilisation des inclusions différentielles qui permet de modéliser finement le comportement de la boucle fermée et ainsi d'obtenir des résultats intéressants. Dans la seconde partie de la thèse, inspirés par certains schémas d'observation classiques présentés dans la littérature, nous proposons deux observateurs pour l'estimation de l'état d'un système linéaire en présence de mesures sporadiques, c'est-à-dire prenant en compte la nature discrète des mesures disponibles. De plus, en se basant sur une des deux solutions présentées, une architecture de commande basée observateur est proposée afin de stabiliser asymptotiquement un système linéaire en présence à la fois de mesures sporadiques et d'un accès intermittent à l'entrée de commande du système.

In this dissertation, two fundamental aspects arising in modern engineered control systems will be addressed: On the one hand, the presence of quantization in standard control loops. On the other hand, the state estimation in the presence of sporadic available measurements. These two aspects are addressed in two different parts. One of the main feature of this thesis consists of striving to derive computer-aided tools for the solution to the considered problems. Specifically, to meet this requirement, we revolve on a linear matrix inequalities (LMIs) approach. In the first part, we propose a set of LMI-based constructive Lyapunov-based tools for the analysis and the design of quantized control systems involving linear plants and linear controllers. The entire treatment revolves on the use of differential inclusions as modeling tools and on stabilization of compact sets as a stability notion. In the second part of the thesis, inspired by some of the classical observation schemes presented in the literature of sampled-data observers, we propose two observers to exponentially estimate the state of a linear system in the presence of sporadic measurements. In addition, building upon one of the two observers, an observer-based controller architecture is proposed to asymptotically stabilize a linear plant in the presence of sporadic sensing and actuation.; Dans cette thèse, nous aborderons deux aspects fondamentaux qui se posent dans les systèmes de commande modernes du fait de l'interaction entre des processus en temps continu et des dispositifs numériques: la synthèse de lois de commande en présence de quantificateurs et l'estimation d'état en présence de mesures sporadiques. Une des caractéristiques principales de cette thèse consiste également à proposer des méthodes constructives pour résoudre les problèmes envisagés. Plus précisément, pour répondre à cette exigence, nous allons nous tourner vers une approche basée sur les inégalités matricielles linéaires (LMI). Dans la première partie de la thèse, nous proposons un ensemble d'outils constructifs basés sur une approche LMI, pour l'analyse et la conception de systèmes de commande quantifiés impliquant des modèles et des correcteurs linéaires. L'approche est basée sur l'utilisation des inclusions différentielles qui permet de modéliser finement le comportement de la boucle fermée et ainsi d'obtenir des résultats intéressants. Dans la seconde partie de la thèse, inspirés par certains schémas d'observation classiques présentés dans la littérature, nous proposons deux observateurs pour l'estimation de l'état d'un système linéaire en présence de mesures sporadiques, c'est-à-dire prenant en compte la nature discrète des mesures disponibles. De plus, en se basant sur une des deux solutions présentées, une architecture de commande basée observateur est proposée afin de stabiliser asymptotiquement un système linéaire en présence à la fois de mesures sporadiques et d'un accès intermittent à l'entrée de commande du système.

National audience; Master; Le but de ce rapport est d’étudier un problème de contrôle optimal, où la fonctionnelle de coût à minimiser représente le temps de crise, c’est-à-dire le temps passé par une trajectoire solution du système contrôlé en dehors d’un ensemble donné, noté K. La fonctionnelle considérée peut être exprimée au moyen de la fonction indicatrice de K, qui est discontinue et, de ce fait, empêche l’utilisation classique du principe du maximum de Pontryagin. Pour remédier à cela, l’emploi d’un schéma de régularisation sera utile : l’approximation de Moreau-Yosida sera celui employé ici, appliqué `a la fonction caractéristique de K. Après deux sections présentant les motivations du problème ainsi que quelques rappels nécessaires à la bonne compréhension du problème étudié, il sera établi la convergence d’une suite optimale pour le problème régularisé vers une solution optimale du problème d’origine. Ensuite, le principe du maximum de Pontryagin permettra, entre autres, d’établir la convergence du vecteur adjoint lorsque le paramètre de régularisation tend vers 0. Enfin, nous présenterons brièvement la notion de viabilité, considéré comme une alternative à la régularisation proposée ici.

Scientific activities described in this PhD thesis are part of the theme of smart environment, strategy axes of ADREAM with the LAAS-CNRS. Since several years, our research team (N2IS) had a field of interest in SHM (Structural Health Monitoring) with the objective of doing a smart diagnostic on different heterogeneous structures. Indeed, the maturity of innovative materials such as composites triggering interest among aircraft manufacturers, or even the use of materials like concrete structures of civil engineering, all those heterogeneous structures that require periodic monitoring and / or continuous one. This is to detect cracks, disbond, surface corrosion or even delamination. To do this, existing solutions usually rely on technologies of nondestructive testing (NDT) that incorporate mostly sensor networks low-power systems interfaced with analysis of signals. These approaches have significant functional limitations: they are not versatile and do not allow for continuity of service in a "degraded" when operating on battery power with a minimum level of energy mode. Our research is a view related to the quantization level of robustness of a heterogeneous structure. Its aim is the development and integration of hardware reconfigurable mixed (A / D ) systems. After an investigation of the main technological solutions reprogrammable hardware and given the problems associated with developments in analytical embedded and minimizing the energy consumption of sensor algorithms. The choice was based on technologies like FPAA and FPGA. Initially our research studies have focused on the study of reconfigurable analog hardware analog. The objective was to show a conceptual feasibility of integrating a complex conditioning system (implementation of a synchronous detection technique), considering the tradeoff between a decision on the fly reconfiguration and a rational energy management system. Therefore, the question of how to integrate and store data necessary for the development of an efficient digital processing. A solution based on a hybrid approach with a chip produced by Xilinx called Zynq and embedded on a Zedboard. This solution is more efficient than a PSoC approach and allowed the development and implementation of signal processing techniques with tools for optimization and provided a solution of self-generation code trough a graphic interface. Following this research, the results obtained demonstrate the validity of the concepts implemented and allow us to imagine the next smart generation architectures; Les activités scientifiques que nous présentons dans ce manuscrit de thèse s’inscrivent dans la thématique de l’intelligence ambiante, axe stratégique ADREAM au sein du LAAS-CNRS. Depuis plusieurs années notre équipe de recherche N2IS fédère l’approche technologique de la SHM avec pour objectif la surveillance de santé structurelle. En effet, la maturité des matériaux innovants tels que les composites suscitent un intérêt certain auprès des constructeurs aéronautiques, ou bien encore l’utilisation des matériaux de type béton pour des ouvrages d’art, sont autant de structures hétérogènes qui nécessitent une surveillance périodique et/ou continue. Ceci, afin de détecter des cracks, des fissures, des corrosions surfaciques ou bien encore des délaminages. Pour ce faire, les solutions existantes s’appuient usuellement sur des technologies de contrôle non destructif (CND) qui intègrent le plus souvent des réseaux de capteurs à faible consommation interfacés avec des systèmes d’analyses des signaux. Ces approches CND présentent des limitations fonctionnelles majeures : elles ne sont pas versatiles et ne permettent pas d’assurer une continuité de service dans un mode « dégradé » lors d’un fonctionnement sur batterie avec un niveau d’énergie minimal. Notre travail de recherche se situe dans une perspective liée à la quantification d’un niveau de robustesse de structure hétérogène. Il a pour ambition le développement et l’intégration de systèmes matériels mixtes (analogiques/numériques) reconfigurables. Au terme d’une investigation sur les principales solutions technologiques matérielles reprogrammables et compte tenu de la problématique liée aux développements d’algorithmes d’analyse embarqués et de la minimisation de la consommation énergétique des capteurs, le choix s’est porté sur des technologies complémentaires FPAA et FPGA. Initialement nos études de recherche se sont focalisées sur l'étude de fonction analogique matérielle reconfigurable analogique. L'objectif est de démontrer une faisabilité conceptuelle en intégrant un système de conditionnement complexe (implémentation d'une technique de détection synchrone), ceci en considérant le compromis entre la prise de décision d’une reconfiguration à la volée vis-à-vis d’une gestion rationnelle de l'énergie du système. Dès lors, se pose la question de comment intégrer et stocker des données nécessaires au développement d’un traitement numérique performant ? Une solution repose sur une approche hybride avec une puce de type Zynq produite par Xilinx et embarquée sur une Zedboard. Cette solution, plus performante qu’une approche PSoC a permis le développement et l’implémentation de techniques de traitement de signal grâce à des outils d'optimisation et de génération de code de haut niveau. Au terme de ce travail de recherche, les résultats obtenus démontrent la validité des concepts mis en œuvre et permettent d'engager dès à présent le développement d’architectures intelligentes de nouvelle génération

To estimate production and to evaluate the performance of the energy conversion system of a wind turbine. In this paper we propose a new study for modeling and simuling the performance of a type of wind turbine (Bornay3000) implemented in the hybrid system on the site of Laboratory for Applied Research in Renewable Energy (LRAER). Our system's simulated in Matlab environment, to analyze the influence of the interference factor of energy production, the results obtained present the efficiency and the robustness of the proposed model of wind turbine on the site LRAER. Résumé— Ce travail propose une étude de modélisation et de simulation des performances d'un aérogénérateur de type (Bornay 3000), implanté dans le système hybride de production d'électricité du LRAER (Laboratoire de Recherche Appliquée aux Energies Renouvelables). Il donne aussi, une estimation et une évaluation de la production qui englobe les performances du système de conversion énergétique de l'aérogénérateur. Les simulations sont réalisées via Matlab et permettent d'analyser l'influence du facteur d'interférence sur la production d'énergie et l'efficacité de l'aérogénérateur dans son site d'installation.

Rural areas, often far away from the main electric grid, are particularly suitablefor the deployment of microgrids (MG). This type of grid allows a restructuring oftoday's power grid in order to integrate more efficiently renewable power sources.Biogas, produced by anaerobic digestion of agricultural wastes, is a renewable energyresource available in rural areas. This resource, easily stored in large quantities, isparticularly interesting for weak grids like a MG. Energy sources using biogas are morereliable and less dependent on stochastic phenomena such as wind or solarillumination.After a state of the art on the different technologies enhancing biogas, it is clearthat a hybrid system consisting of a SOFC type fuel cell and a microturbine (MT)achieves the best electric efficiency with low environmental impact.The overall objective of the thesis is to study the SOFC / MT system as themain power source in an isolated rural MG context. For this purpose, a model of thesystem was carried out by focusing on the elements that affect the dynamics of thesystem's electrical signals. The hybrid system was then sized in order to maintainoptimal electrical performance, and a unique 3LNPC multilevel converter is used tointegrate the hybrid system to the MG. As a fuel cell is sensitive to load changes(affecting its performance and lifespan), the first objective of the control strategyapplied to the 3LNPC converter is to regulate the power of the SOFC at its nominalvalue. The MG must be able to operate autonomously when islanded, thus the secondobjective of this strategy is to set the grid voltage and frequency.The controllers of the control strategy are designed paying particular attention tothe robustness. The operation of the SOFC / MT hybrid system, driven by a single3LNPC type converter equipped with an innovative control strategy, has been testedand validated in simulation and experimentally in the MG platform of ESTIAResearch., Les milieux ruraux, souvent distants du réseau électrique principal, sont particulièrement adaptés au déploiement de microréseaux (MR). Ce type de réseau permet une restructuration du réseau électrique d’aujourd’hui afin d'intégrer plus efficacement un plus grand nombre des sources d’énergie renouvelable. Le biogaz,obtenu par la méthanisation des déchets agricoles, est une ressource d’énergie renouvelable disponible dans les zones rurales. Cette ressource, facilement stockable en grande quantité, est particulièrement intéressante pour les réseaux faibles comme le MR. Les sources d’énergies valorisant le biogaz sont plus fiables et moins dépendantes de phénomènes stochastiques comme le vent ou l’éclairement solaire.Après un état de l’art sur les différentes technologies valorisant le biogaz, ilressort qu’un système hybride composé d’une pile à combustible de type SOFC et d’une microturbine (MT) permet d’atteindre le meilleur rendement électrique avec un faible impact environnemental.L’objectif global de la thèse est d’étudier le système SOFC/MT comme source principale dans un contexte MR rural isolé. Dans ce but, une modélisation du système a été réalisée en se focalisant sur les éléments ayant un impact sur la dynamique des signaux électriques du système. Le système hybride a ensuite été dimensionné dans le but de conserver un rendement électrique optimal et un unique convertisseur multiniveau de type 3LNPC est utilisé pour l'intégrer au MR. Comme une pile à combustible est sensible aux variations de charges (affectant son rendement et sa durée de vie), le premier objectif de la stratégie de commande appliquée au convertisseur 3LNPC est de réguler la puissance de la SOFC à sa valeur nominale. Le MR devant pouvoir fonctionner en autonomie lors de son ilotage, le deuxième objectif de cette stratégie est de fixer la tension et la fréquence du réseau.Les contrôleurs de la stratégie de commande sont conçus en attachant une importance particulière à la robustesse des correcteurs. Le fonctionnement du système hybride SOFC/MT, piloté par un unique convertisseur de type 3LNPC équipé d’une stratégie de commande originale, a été testé et validé en simulation puis expérimentalement sur la plateforme MR d’ESTIA-Recherche.

International audience; Ce papier traite de l'optimisation de gestion de l'énergie électrique dans un véhicule hybride (pile à combustible/batterie), afin de minimiser autant que possible la consommation de l'hydrogène avec le maintien de l'état de charge de la batterie. Premièrement, on présente les sources d'énergies utilisées dans cette étude, la modélisation du système hybride, le choix de type des convertisseurs d'électronique de puissance utilisés et le dimensionnement de ces éléments.Deuxièmement on traite le problème d'optimisation sous contraintes basée sur le principe du minimum de Pontriaguine en introduisant la fonction Hamiltonienne de la commande optimale. Cette stratégie a été évaluée dans un environnement de simulation sous Matlab/Simulink utilisant quatre cycles de conduite standards. Une étude comparative en terme de consommation d'hydrogène a été faite avec deux autres stratégies la première dite thermostat qui est une stratégie très simple basée sur les contraintes imposées par les sources, la seconde approche consiste à utiliser un filtre passe-bas à la sortie de la puissance demandée afin de respecter les contraintes en dynamique sur la source principale. La stratégie traitée présente une bonne amélioration de la consommation d'hydrogène en adoptant une bonne stratégie de gestion de l'énergie électrique dans le système hybride.

This PHD thesis concerns the analysis of gestures, especially the characteri-zation and the recognition of gestures. The analysis of gestural data is a research field which involves Human-Machine communication, video management and signal processing fields. The main contribution of this PHD thesis is the design and implementation of a hybrid Markov system for sequential data recognition. The recognition task typically combines two tasks : segmentation and classification. Therefore, the proposed hybrid model combines the ability of modeling and segmentation of HiddenMarkov Models and the ability of local discrimination of Conditional Random Fields. We applied this hybrid system to the recognition of gesture sequences in videos in the context of one-shot-learning. The interesting recognition performance achieved in the context of the competition of ChaLearn show the advantage of the proposed approach for the context of learning with few examples. The recognition task requires a step of data characterization. In the context of gesture characterization, we propose two contributions. The first contribution is an improvement of local tracking of the dominant hand in a gesture with particle filters. This improvement is mainly based on a penalisation, computed with optical flow method, of the estimator and an automatic vocabulary reference generation. The second contribution is a method of global characterization of a gesture that we call the "gesture signature". The gesture signature describes the location, velocity and orientation of the global movement in a gesture combining velocity information calculated with optical flow method., Cette thèse concerne l’analyse de gestes, et plus particulièrement la caractérisation et la reconnaissance de gestes. L’analyse des données gestuelles est un axe de recherche impliquant les domaines de la communication Homme-Machine, de gestion des documents vidéo et du traitement du signal.La contribution principale de notre travail de thèse est l’étude, la conception et la mise en œuvre d’un système markovien hybride pour la reconnaissance de données séquentielles. La tâche de reconnaissance combine classiquement deuxtâches : la segmentation et la classification. Le modèle hybride proposé combine ainsi la capacité de modélisation et de segmentation des Modèles de Markov Cachés et la capacité de discrimination locale des Champs Aléatoires onditionnels.Nous avons appliqué ce système hybride à la reconnaissance des séquences de gestes dans des vidéos, dans le cadre applicatif de l’apprentissage avec un seul exemple. Les bonnes performances de reconnaissance obtenues dans le contexte de la compétition ChaLearn montrent l’intérêt de l’approche proposée pour l’apprentissage avec peu de données.La tâche de reconnaissance nécessite une étape de caractérisation des données. Dans le cadre de la caractérisation des gestes, nous proposons deux contributions. La première contribution est une amélioration du suivi local de la main domi-nante dans un geste avec les filtres particulaires. Cette amélioration est basée principalement sur une pénalisation issue des flots optiques de l’estimateur, et une génération automatique d’un vocabulaire de référence. La deuxième contribution est la proposition d’une méthode de caractérisation globale du geste que nous appelons une « signature du geste ». La signature du geste décrit la localisation, la vélocité et l’orientation du mouvement global dans un geste en combinantdes informations de vitesse calculée avec les flots optiques.

National audience; Notre proposition de communication prend place dans le cadre du LéA « Réseau École Bretagne » initié en 2011 par Gérard Sensevy (enseignant-chercheur au CREAD) à l'ESPE de Bretagne. Ce LéA se décompose en trois sous-groupes. Notre présentation se centrera ici sur le sous-groupe Arithmétique et Compréhension à l'école élémentaire (ACE). Ce sous-groupe en liaison avec d'autres équipes de recherche a pour objectif de produire une progression en mathématique (sur le nombre) pour le cours préparatoire en lien avec les résultats de la recherche en didactique et en psychologie cognitive. Cette progression est implémentée dans des classes expérimentales depuis septembre 2012 (60 la première année puis 120 la seconde année). Le sous-groupe ACE travaille dans le cadre d'une ingénierie coopérative (Sensevy, 2013) au sein de laquelle se côtoient enseignants-chercheurs, formateurs, maîtres-formateurs, CPC et doctorants. Ce collectif rédige conjointement des séquences de classe en arithmétique. Ainsi, au sein du collectif, des propositions de séquences sont expérimentées dans les classes « d'étude » (classes de maîtres-formateurs) puis analysées par le collectif dans un processus itératif avant de les transmettre aux classes du groupe expérimental. Ici, nous nous centrerons sur un outil spécifique proposé par ce groupe de recherche, le journal du nombre. Ce journal offre aux élèves un espace d'écriture mathématique pour eux-mêmes et pour les autres en explorant des potentialités du nombre et des signes mathématiques. L'élève est mis en position de réussite dans la mesure où il exprime ce qu'il sait faire. Ce travail d'écriture est réalisé à partir d'une incitation du professeur qui ne contraint pas de manière étroite les réponses de l'élève (exemples d'incitations : Écris des égalités à trois termes, Choisis un nombre et décompose le en plusieurs termes...). Ce journal du nombre est lu par le professeur mais n'est pas évalué. Il peut s'il le souhaite sélectionner une production d'élève et la proposer au groupe classe pour en débattre collectivement et ensuite la suggérer comme incitation sous forme « observe et imite » (2+3=5 ; 12+13=15...). Dans le cadre de la formation des professeurs et notamment de la production d'un module m@gistère, le collectif Ace conçoit des systèmes hybrides textes-images pour donner à voir et à comprendre : -les organisations possibles de l'enseignement à partir des incitations et productions des élèves dans le journal du nombre ; -l'évolution des connaissances des élèves sur le nombre. Nous proposons ici une démonstration d'un premier système hybride regroupant des extraits de films de classe et des productions d'élèves commentés par les chercheurs et les professeurs.

In this thesis we proposed a method for the study of parametric variation for continuous and hybrid systems and an approach for mechatronics tolerancing. We first studied the different existing approaches to take into account the variation of parameters. For continuous systems with variable parameters we chose the method of differential inclusions. We took the Raczynski algorithm and we have developed an optimization algorithm which is based on the steepest descent method with an extension to obtain global optimum. For hybrid systems, containing continuous evolutions and discrete jumps, and have parametric variations, we have chosen the formalism of impulse differential inclusion as a modeling tool. We took this formalism and identified its components on a mechatronic system. We have developed algorithms for solving impulse differential inclusions for several variable parameters. To view the results, the developed algorithms were implemented in Mathematica. We ended this part by a comparison between our approach and others like those around hybrid automata invariant polyhedron, polygonal differential inclusions and practical algorithm for solving differential inclusion. We showed then some advantages of our approach. In the last part, we organized the different tools used and results obtained to define and refine our approach to tolerancing. We defined the area of the desired operation, the various scenarios that may present, and its intersection with reachable area. We presented a metric tool based on topological Hausdorff distance for the calculation of distances between the different sets. With these elements, we proposed an iterative approach to tolerancing in the state space., Dans cette thèse nous avons proposé une méthode d’étude des variations paramétriques pour les systèmes mécatroniques continus et hybrides puis une approche du tolérancement mécatronique. Nous avons d’abord étudié les différentes approches existantes pour la prise en compte de la variation de paramètres. Pour les systèmes continus à paramètres variables nous avons choisi la méthode des inclusions différentielles. Nous avons repris l’algorithme de Raczynski et nous avons développé un algorithme d’optimisation qui se base sur la méthode du steepest descent, avec une extension permettant d’obtenir l’optimum global. Pour les systèmes hybrides, contenant des évolutions continues et des sauts discrets, et qui présentent des variations paramétriques, nous avons choisi le formalisme de l’inclusion différentielle impulsionnelle comme outil de modélisation. Nous avons repris ce formalisme et identifié ses éléments sur un système mécatronique. Nous avons développé des algorithmes de résolution des inclusions différentielles impulsionnelles pour un puis pour plusieurs paramètres variables. Pour visualiser les résultats, les algorithmes développés ont été implémentés sous Mathématica. Nous avons fini cette partie par une comparaison entre notre approche et d’autres comme celles autour des automates hybrides à invariant polyèdre, les inclusions différentielles polygonales et l’algorithme pratique de résolution des inclusions différentielles. Nous avons montré alors certains avantages de notre approche. En dernière partie, nous avons repris les différents outils utilisés et résultats obtenus pour définir et affiner notre approche du tolérancement. Nous avons défini la zone du fonctionnement désiré, les différents cas de figures qu’elle peut présenter et son intersection avec le domaine atteignable. Nous avons présenté un outil métrique basé sur la distance topologique de Hausdorff pour le calcul des distances entre ces différents ensembles. Munis de ces éléments, nous avons proposé une démarche itérative pour le tolérancement dans l’espace d’état.

Epitaxial graphene grown on metal substrates is a promising platform for developing new hybrid systems, in which interface effects can be exploited to engineer novel properties. The insertion of foreign species between graphene and its substrate, referred to as “intercalation”, was shown very powerful in this respect. With the help of surface science tools, we have studied three graphene/metal systems, two of which are intercalated hybrid systems, and the other is a candidate for such a system: (i) graphene/Ir(111) intercalated with an ultrathin oxide, (ii) graphene/Ir(111) intercalated with cobalt (sub) atomic layers, and (iii) graphene on Re(0001). We found that some defects, especially wrinkles (linear delaminations of graphene from its substrate) and other curve graphene regions, play a crucial, yet unanticipated role in the intercalation process. We also found that the intercalation proceeds in a markedly different fashion under ultra-high vacuum and under atmospheric pressure. In the first system, oxygen-containing species were found to intercalate via the open end of wrinkles, to diffuse along then, and to form oxide nanoribbons along wrinkles accordingly. These ribbons modify the charge density of graphene, which also translates into substantial changes in the inelastic (Raman) optical response of graphene. In the second system, the efficiency of intercalation proved to be dependent on the graphene-metal interaction, which varies between differently oriented graphene domains on Ir(111). In this systems the entry sites for intercalated species could be identified, thanks to in operando observation of the process, as curved regions in graphene. Finally, graphene growth in a third system, graphene on Re(0001), was addressed in order to enable the future development of graphene/Re superconducting hybrids. In this system, we proposed two growth routes, one being a surface-confined process, on bulk single-crystal Re(0001), and the other being a temperature-induced segregation of carbon dissolved at high temperature in thin Re(0001) films on sapphire., Le graphène épitaxié sur des substrats métalliques est un modèle prometteur pour le développement de nouveaux systèmes hybrides, dans lesquelles les effets d'interface peuvent être exploités pour concevoir de nouvelles propriétés. L'insertion d'espèces entre le graphène et son substrat, une opération connues sous le nom d'-«intercalation», est une approche très puissante à cet égard. Avec l'aide des outils de la physique des surfaces, nous avons étudié trois systèmes graphène/métal, dont deux sont des systèmes hybrides intercalés, et l'autre est un candidat pour un tel système : (i) le graphène/Ir(111) intercalé avec un oxyde ultra-mince, (ii) graphène/Ir(111) intercalé avec des couches sub-atomiques du cobalt et (iii) de graphène sur Re(0001). Nous avons montré que certains défauts, en particulier les ridules (délamination du graphène de son substrat) et d'autres régions courbées du graphène, jouent un rôle crucial, non anticipé, dans le processus d'intercalation. Nous avons également observé que l'intercalation se déroule d'une manière nettement différente sous ultravide et à pression atmosphérique. Dans le premier système, des espèces contenant de l'oxygène entrent à l'extrémité ouverte des ridules et diffusent au long de ces ridules pour former des nano-rubans d'oxyde. Ces rubans modifient le dopage électronique du graphène, ce qui se traduit également par des changements substantiels dans la réponse optique inélastique (Raman) du graphène. Dans le second système, l'efficacité de l'intercalation est apparue dépendante de l'interaction graphène-métal, laquelle varie entre les domaines de graphène orientés différemment sur_(111). Dans ce système, les sites d'entrée pour les espèces intercalées, des régions courbées dans le graphène, ont pu être identifiés grâce à l'observation in_operando (en cours de croissance) du processus. Enfin, la croissance de graphène dans un troisième système (graphène/Re(0001)), a été étudiée afin de permettre le développement de futurs systèmes graphène/Re hybrides supraconducteurs. Dans ce système, nous avons proposé deux voies de croissance, l'une étant basé sur un processus de croissance en surface d'un monocristal massif de Re(0001), l'autre reposant sur la ségrégation en surface, activée thermiquement, du carbone dissout à haute température dans des films minces de Re sur saphir.

Epitaxial graphene grown on metal substrates is a promising platform for developing new hybrid systems, in which interface effects can be exploited to engineer novel properties. The insertion of foreign species between graphene and its substrate, referred to as “intercalation”, was shown very powerful in this respect. With the help of surface science tools, we have studied three graphene/metal systems, two of which are intercalated hybrid systems, and the other is a candidate for such a system: (i) graphene/Ir(111) intercalated with an ultrathin oxide, (ii) graphene/Ir(111) intercalated with cobalt (sub) atomic layers, and (iii) graphene on Re(0001). We found that some defects, especially wrinkles (linear delaminations of graphene from its substrate) and other curve graphene regions, play a crucial, yet unanticipated role in the intercalation process. We also found that the intercalation proceeds in a markedly different fashion under ultra-high vacuum and under atmospheric pressure. In the first system, oxygen-containing species were found to intercalate via the open end of wrinkles, to diffuse along then, and to form oxide nanoribbons along wrinkles accordingly. These ribbons modify the charge density of graphene, which also translates into substantial changes in the inelastic (Raman) optical response of graphene. In the second system, the efficiency of intercalation proved to be dependent on the graphene-metal interaction, which varies between differently oriented graphene domains on Ir(111). In this systems the entry sites for intercalated species could be identified, thanks to in operando observation of the process, as curved regions in graphene. Finally, graphene growth in a third system, graphene on Re(0001), was addressed in order to enable the future development of graphene/Re superconducting hybrids. In this system, we proposed two growth routes, one being a surface-confined process, on bulk single-crystal Re(0001), and the other being a temperature-induced segregation of carbon dissolved at high temperature in thin Re(0001) films on sapphire.; Le graphène épitaxié sur des substrats métalliques est un modèle prometteur pour le développement de nouveaux systèmes hybrides, dans lesquelles les effets d'interface peuvent être exploités pour concevoir de nouvelles propriétés. L'insertion d'espèces entre le graphène et son substrat, une opération connues sous le nom d'-«intercalation», est une approche très puissante à cet égard. Avec l'aide des outils de la physique des surfaces, nous avons étudié trois systèmes graphène/métal, dont deux sont des systèmes hybrides intercalés, et l'autre est un candidat pour un tel système : (i) le graphène/Ir(111) intercalé avec un oxyde ultra-mince, (ii) graphène/Ir(111) intercalé avec des couches sub-atomiques du cobalt et (iii) de graphène sur Re(0001). Nous avons montré que certains défauts, en particulier les ridules (délamination du graphène de son substrat) et d'autres régions courbées du graphène, jouent un rôle crucial, non anticipé, dans le processus d'intercalation. Nous avons également observé que l'intercalation se déroule d'une manière nettement différente sous ultravide et à pression atmosphérique. Dans le premier système, des espèces contenant de l'oxygène entrent à l'extrémité ouverte des ridules et diffusent au long de ces ridules pour former des nano-rubans d'oxyde. Ces rubans modifient le dopage électronique du graphène, ce qui se traduit également par des changements substantiels dans la réponse optique inélastique (Raman) du graphène. Dans le second système, l'efficacité de l'intercalation est apparue dépendante de l'interaction graphène-métal, laquelle varie entre les domaines de graphène orientés différemment sur_(111). Dans ce système, les sites d'entrée pour les espèces intercalées, des régions courbées dans le graphène, ont pu être identifiés grâce à l'observation in_operando (en cours de croissance) du processus. Enfin, la croissance de graphène dans un troisième système (graphène/Re(0001)), a été étudiée afin de permettre le développement de futurs systèmes graphène/Re hybrides supraconducteurs. Dans ce système, nous avons proposé deux voies de croissance, l'une étant basé sur un processus de croissance en surface d'un monocristal massif de Re(0001), l'autre reposant sur la ségrégation en surface, activée thermiquement, du carbone dissout à haute température dans des films minces de Re sur saphir.

Le monde des communications par satellite est dominé par les systèmes de diffusion de la télévision. Cependant, des satellites de communication offrent aussi des services de téléphonie et de données. Ils sont regroupés dans les familles des systèmes fixes et mobiles et ciblent des marchés de niche. Dans cette thèse, nous avons la volonté d’étendre les scénarios d’utilisation de ces systèmes. Notre vision nous dicte que leur développement est lié à l’utilisation de réseaux hybrides mobiles satellite-terrestre. En effet, une utilisation complémentaire des deux segments permet de s’affranchir d’une concurrence trop féroce des réseaux de télécommunications terrestres. Pour cela, nous optons pour deux applications qui nous paraissent prometteuses : un réseau mobile LTE (Long Term Evolution) avec des stations de base qui possèdent un backhaul satellite et un réseau MANET (Mobile Ad-hoc NETwork) qui s’interconnecte à des réseaux extérieurs grâce à des liaisons satellite. Nous soulevons l’un des problèmes les plus contraignants du réseau mobile LTE avec des backhauls satellite : la gestion de la mobilité. L’analyse du standard nous a conduits à conclure quant à la nécessité d’optimiser les procédures du handover. Ceux qui nécessitent des modifications surviennent entre des stations de base qui n’utilisent pas le même backhaul satellite et entre une station de base avec un backhaul satellite vers une avec un backhaul terrestre. Deux points nous ont semblé importants : la phase de préparation et le mécanisme qui permet d’éviter les pertes. Nous proposons donc une nouvelle phase de préparation qui prend en compte le retard induit par la liaison satellite ainsi qu’une phase de préparation à double décision combinée avec une préparation de multiples stations de base. Nous tentons ainsi de maximiser les chances de réaliser un handover avec succès. Puis, nous avons imaginé un mécanisme qui permet à la fois d’éviter les pertes lors de l’exécution du handover et de sauvegarder les précieuses ressources du satellite. Les réseaux MANET associés à des liaisons satellite offrent des caractéristiques très intéressantes pour les communications d’urgence, telles que l’indépendance vis-à-vis des infrastructures terrestres susceptibles d’être endommagées par des catastrophes ainsi qu’un déploiement rapide pour une intervention sur le théâtre des opérations. Nous avons souhaité améliorer l’un des points cruciaux dans le cadre d’une hybridation : la sélection de la passerelle satellite. Nous avons donc développé un mécanisme qui prend en compte la charge sur les passerelles satellite ainsi que le phénomène d’oscillation de passerelle souvent négligé dans la littérature. Ces optimisations ont pour but de favoriser le développement de réseaux hybrides satellite terrestres en améliorant les performances de ces réseaux. L’avenir nous semble prometteur quant à l’utilisation de la technologie LTE avec un backhaul satellite pour lequel nous avons proposé une nouvelle gestion de la mobilité qui est primordiale pour son développement.

En tentant de caractériser en quoi deux ingénieries en cours au sein du Centre de Recherche sur l'Education, les Apprentissages et la Didactique (EA3875), les auteurs espèrent apporter un nouveau regard sur la façon dont l'instrumentation peut et doit orienter la manière de concevoir les dispositifs ingénieriques. La notion de système hybride sera particulièrement étudiée et illustrée dans le but de nourrir une réflexion sur les nouveaux régimes du voir et du comprendre en Sciences de l'Education

The adsorption of gases in micro/mesoporous materials and solubility of gases inliquids are physical phenomena well known. On the other hand, solubility of gases in liquidsconfined inside a solid (hybrid system) has not been entensively studied, despite the importantapplications such systems can have in the areas of oil extraction, cement and triphasiccatalytic reactors. We have shown experimentally that the solubility of CO2 and H2 increaseswhen the size of the pores of the solid is in the nanometer range. One of the objectives of thisthesis was to optimize the couple a solid and a solvent into a hybrid system and the conditionsin which to increase the H2 storage capacity. In an aerogel/ethanol hydrid system at 50 barand 0 ° C, the solubility of H2 is 8.5 times greater than the solubility measured in the singleliquid, representing a mass of 6.2 g of hydrogen stored per kg of solid. The second objectivewas to understand this apparent phenomenon of oversolubility and the key parameters in thehybrid systems. By comparing different porous solids (zeolites, MOFs, MCM-41 and silica),we have shown the major role of the properties of interfaces. The phenomena of solubilsationwas modelled by GCMC and experimentally validated. It appears that the mechanism ofoversolubilisation comes from structuring the solvent molecules in interactions with the wallsof the mesopore layered.; L’adsorption des gaz dans les solides micro/mésoporeux et la solubilisation des gazdans les liquides sont des phénomènes physiques très bien connus. En revanche, lasolubilisation des gaz dans un liquide confiné à l’intérieur d’un solide (système hybride) estun domaine très peu étudié, malgré des applications importantes, notamment dans l’extractiondu pétrole, les ciments ou encore les réacteurs catalytiques triphasiques. Nous avons montréexpérimentalement que la solubilité du CO2 et H2 augmente quand la taille de pores du solideest de l’ordre du nanomètre. Un des objectifs de cette thèse était d’optimiser le couple solidesolvant(système hybride) et les conditions de température et de pression pour augmenter lestockage de H2 pour les applications de stockages. Dans le système Aérogel/éthanol à 50 barset 0°C, la solubilité de H2 est 8,5 fois supérieure à la solubilité mesurée dans le liquide seul,représentant une masse de 6,2g d’hydrogène stocké par kg de solide. Le second objectif étaitde comprendre les paramètres clefs de ce phénomène apparent de « sursolubilité » dans lessystèmes hybrides. En comparant différents solides poreux (zeolithes, MOF, MCM, silice),nous avons montré le rôle majeur des propriétés d’interfaces. Les phénomènes desolubilisation ont été modélisés à l’échelle moléculaire par GCMC et validéesexpérimentalement. Il apparait que le mécanisme de sursolubilisation provient d’unestructuration en couche des molécules de solvants en interactions avec les parois dumésopore.

In the framework of this thesis, single InAs/GaAs quantum dot devices were studied by optical means. Starting with a general description of self-assembled InAs QDs, two types of single QD devices were presented. The first approach was a tapered GaAs photonic wire embedding single InAs QDs whose efficiency as a single photon source was previously shown to be 90%. We investigated several optical properties of the single QDs. The charged and neutral states of the QD were identified and selectively excited using quasi-resonant excitation.The first original result of this thesis is the observation of a continuous temporal blue-drift of the QD emission energy. We attributed this blue drift to oxygen adsorption onto the sidewall of the wire, which modified the surface charge and hence the electric field seen by the QD. Moreover, we demonstrated that a proper coating of the GaAs photonic nanowire surface suppressed the drift. The temperature effect on this phenomenon revealed an adsorption peak around 20K, which corresponds to the adsorption of oxygen on GaAs. This observation is in good agreement with previous temperature studies with a tapered photonic wire. This was the first study of the spectral stability of photonic wires embedding QDs, crucial for resonant quantum optics experiments. As an alternative, we took advantage of this temporal drift to tune QD emission energies. In a controlled way, we tuned into resonance two different QDs which were embedded in the same photonic nanowire. In the last part of this work, we studied the influence of the stress on single QDs contained in a trumpet-like GaAs photonic wire. The main effect of stress is to shift the luminescence lines of a QD. We applied the stress by exciting mechanical vibration modes of the wire. When the wire is driven at its the mechanical resonance the time-integrated photoluminescence spectrum is broaden up to 1 meV owing to the oscillating stress, The measured spectral modulation is a first signature of strain-mediated coupling between a mechanical resonator and embedded QD single light emitter. With a stroboscopic technique, we isolated a certain phase of the oscillating wire and thereby selected a value of QD emission energies. As a highlight of our study, we managed to bring two different QDs contained in the same wire into resonance by controlling their relative phase. In addition, we could extract the 2D spatial positioning of embedded QDs from the spectral shifts observed for two orthogonal mechanical polarizations.. The investigation of the strain-mediated tuning of QDs can, therefore, be an effective tool to explore the QD positions without destroying the sample.; Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de boîtes quantiques InAs/GaAs contenues dans un fil photonique. Des résultats antérieurs à cette thèse ont montré que ces fils photoniques permettent d’extraire les photons avec une efficacité très élevée.Le premier résultat original de ce travail est l’observation de la dérive temporelle de la raie d’émission de la photoluminescence d’une boîte quantique. Cet effet a été attribué à la lente modification de la charge de surface du fil due à l’absorption des molécules d’oxygène présentes dans le vide résiduel du cryostat. Nous avons montré qu’une fine couche de Si3N4 permettait de supprimer cette dérive. La dérive temporelle pouvant être différente pour différentes boites quantiques, nous avons pu tirer partie de cet effet pour mettre en résonance deux boites quantiques contenues dans le même fil.Le deuxième résultat original est la mise en évidence de la modification de l’énergie d’émission d’une boîte quantique soumise à une contrainte mécanique induite par la vibration du fil. Nous avons observé que le spectre de la raie d’émission d’une boîte quantique s’élargit considérablement lorsque le fil est mécaniquement excité à sa fréquence de résonance. A l’aide d’une illumination stroboscopique synchronisée avec l’excitation mécanique, nous avons pu reconstruire l’évolution du spectre d’une boîte quantique au cours d’une période de la vibration mécanique. L’amplitude de l’oscillation spectrale de la raie de luminescence dépend de la position de la boîte dans le fil à cause d’un très fort gradient de contrainte. En utilisant deux modes d’oscillation mécanique de polarisations linéaires et orthogonales, nous pouvons extraire une cartographie complète de la position des boîtes quantiques à l’intérieur du fil. Enfin, grâce à ce gradient, on peut, dans certains cas, trouver une position du fil pour laquelle deux boites quantiques peuvent être amenées en résonance.

Ce travail constitue une contribution à l'étude des systèmes de conversion d'énergie électrique hybrides associés à un système de stockage pour deux sites de nature climatique différente en Algérie. La démarche retenue exploite une méthodologie d’analyse de la complémentarité qui existe entre les deux énergies solaire et éolienne à partir de leurs variations saisonnières respectives. Pour cela nous avons utilisé deux méthodes différentes : La première est basée sur la moyenne des valeurs mensuelles annuelles, la seconde est basée sur le mois le plus défavorable. Les résultats obtenus montrent que la méthode du mois le plus défavorable présente un coût plus élevé du système hybride par rapport à la première, cela est du à la meilleure fiabilité que présente le système déduit de cette méthode.

In the framework of this thesis, single InAs/GaAs quantum dot devices were studied by optical means. Starting with a general description of self-assembled InAs QDs, two types of single QD devices were presented. The first approach was a tapered GaAs photonic wire embedding single InAs QDs whose efficiency as a single photon source was previously shown to be 90%. We investigated several optical properties of the single QDs. The charged and neutral states of the QD were identified and selectively excited using quasi-resonant excitation.The first original result of this thesis is the observation of a continuous temporal blue-drift of the QD emission energy. We attributed this blue drift to oxygen adsorption onto the sidewall of the wire, which modified the surface charge and hence the electric field seen by the QD. Moreover, we demonstrated that a proper coating of the GaAs photonic nanowire surface suppressed the drift. The temperature effect on this phenomenon revealed an adsorption peak around 20K, which corresponds to the adsorption of oxygen on GaAs. This observation is in good agreement with previous temperature studies with a tapered photonic wire. This was the first study of the spectral stability of photonic wires embedding QDs, crucial for resonant quantum optics experiments. As an alternative, we took advantage of this temporal drift to tune QD emission energies. In a controlled way, we tuned into resonance two different QDs which were embedded in the same photonic nanowire. In the last part of this work, we studied the influence of the stress on single QDs contained in a trumpet-like GaAs photonic wire. The main effect of stress is to shift the luminescence lines of a QD. We applied the stress by exciting mechanical vibration modes of the wire. When the wire is driven at its the mechanical resonance the time-integrated photoluminescence spectrum is broaden up to 1 meV owing to the oscillating stress, The measured spectral modulation is a first signature of strain-mediated coupling between a mechanical resonator and embedded QD single light emitter. With a stroboscopic technique, we isolated a certain phase of the oscillating wire and thereby selected a value of QD emission energies. As a highlight of our study, we managed to bring two different QDs contained in the same wire into resonance by controlling their relative phase. In addition, we could extract the 2D spatial positioning of embedded QDs from the spectral shifts observed for two orthogonal mechanical polarizations.. The investigation of the strain-mediated tuning of QDs can, therefore, be an effective tool to explore the QD positions without destroying the sample., Dans cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de boîtes quantiques InAs/GaAs contenues dans un fil photonique. Des résultats antérieurs à cette thèse ont montré que ces fils photoniques permettent d’extraire les photons avec une efficacité très élevée.Le premier résultat original de ce travail est l’observation de la dérive temporelle de la raie d’émission de la photoluminescence d’une boîte quantique. Cet effet a été attribué à la lente modification de la charge de surface du fil due à l’absorption des molécules d’oxygène présentes dans le vide résiduel du cryostat. Nous avons montré qu’une fine couche de Si3N4 permettait de supprimer cette dérive. La dérive temporelle pouvant être différente pour différentes boites quantiques, nous avons pu tirer partie de cet effet pour mettre en résonance deux boites quantiques contenues dans le même fil.Le deuxième résultat original est la mise en évidence de la modification de l’énergie d’émission d’une boîte quantique soumise à une contrainte mécanique induite par la vibration du fil. Nous avons observé que le spectre de la raie d’émission d’une boîte quantique s’élargit considérablement lorsque le fil est mécaniquement excité à sa fréquence de résonance. A l’aide d’une illumination stroboscopique synchronisée avec l’excitation mécanique, nous avons pu reconstruire l’évolution du spectre d’une boîte quantique au cours d’une période de la vibration mécanique. L’amplitude de l’oscillation spectrale de la raie de luminescence dépend de la position de la boîte dans le fil à cause d’un très fort gradient de contrainte. En utilisant deux modes d’oscillation mécanique de polarisations linéaires et orthogonales, nous pouvons extraire une cartographie complète de la position des boîtes quantiques à l’intérieur du fil. Enfin, grâce à ce gradient, on peut, dans certains cas, trouver une position du fil pour laquelle deux boites quantiques peuvent être amenées en résonance.

The adsorption of gases in micro/mesoporous materials and solubility of gases inliquids are physical phenomena well known. On the other hand, solubility of gases in liquidsconfined inside a solid (hybrid system) has not been entensively studied, despite the importantapplications such systems can have in the areas of oil extraction, cement and triphasiccatalytic reactors. We have shown experimentally that the solubility of CO2 and H2 increaseswhen the size of the pores of the solid is in the nanometer range. One of the objectives of thisthesis was to optimize the couple a solid and a solvent into a hybrid system and the conditionsin which to increase the H2 storage capacity. In an aerogel/ethanol hydrid system at 50 barand 0 ° C, the solubility of H2 is 8.5 times greater than the solubility measured in the singleliquid, representing a mass of 6.2 g of hydrogen stored per kg of solid. The second objectivewas to understand this apparent phenomenon of oversolubility and the key parameters in thehybrid systems. By comparing different porous solids (zeolites, MOFs, MCM-41 and silica),we have shown the major role of the properties of interfaces. The phenomena of solubilsationwas modelled by GCMC and experimentally validated. It appears that the mechanism ofoversolubilisation comes from structuring the solvent molecules in interactions with the wallsof the mesopore layered., L’adsorption des gaz dans les solides micro/mésoporeux et la solubilisation des gazdans les liquides sont des phénomènes physiques très bien connus. En revanche, lasolubilisation des gaz dans un liquide confiné à l’intérieur d’un solide (système hybride) estun domaine très peu étudié, malgré des applications importantes, notamment dans l’extractiondu pétrole, les ciments ou encore les réacteurs catalytiques triphasiques. Nous avons montréexpérimentalement que la solubilité du CO2 et H2 augmente quand la taille de pores du solideest de l’ordre du nanomètre. Un des objectifs de cette thèse était d’optimiser le couple solidesolvant(système hybride) et les conditions de température et de pression pour augmenter lestockage de H2 pour les applications de stockages. Dans le système Aérogel/éthanol à 50 barset 0°C, la solubilité de H2 est 8,5 fois supérieure à la solubilité mesurée dans le liquide seul,représentant une masse de 6,2g d’hydrogène stocké par kg de solide. Le second objectif étaitde comprendre les paramètres clefs de ce phénomène apparent de « sursolubilité » dans lessystèmes hybrides. En comparant différents solides poreux (zeolithes, MOF, MCM, silice),nous avons montré le rôle majeur des propriétés d’interfaces. Les phénomènes desolubilisation ont été modélisés à l’échelle moléculaire par GCMC et validéesexpérimentalement. Il apparait que le mécanisme de sursolubilisation provient d’unestructuration en couche des molécules de solvants en interactions avec les parois dumésopore.

Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.