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Cette thèse porte sur la méthode magnétique appliquée à l'exploration géophysique d'une zone à caractère géothermique. L'étude se concentre sur la zone volcanique de Basse-Terre, à l'Ouest de la Guadeloupe, dont les fractures, les fluides et les flux de chaleur engendrent un fort potentiel géothermique. Ainsi, le plan de la thèse suit le cours d'une étude magnétique complète, ce qui commence par la compréhension du contexte et des objets à considérer, autant d'un point de vue économique que géologique puis géophysique. S'ensuit un travail de collecte et de traitement des données magnétiques existantes, menant à la conception de nouvelles techniques d'acquisition ou de traitement pour répondre aux besoins spécifiques de la zone d’étude. Les techniques d’acquisition magnétique proposées, par drone (données onshore) ou par bateau (données offshore), permettent d’obtenir des données multi-altitudes haute résolution. Une fois les données obtenues et traitées, elles sont interprétées à différentes échelles en parallèle des connaissances géologiques existantes. Une méthodologie d'inversion spectrale est également proposée. Enfin, un rapprochement est opéré à partir de toutes les données géophysiques pouvant être obtenues : méthode magnétotellurique, électromagnétisme en domaine transitoire et gravimétrie. ; This thesis focuses on the application of the magnetic method to the geophysical exploration of a geothermal area. The study area is located in the volcanic field of Basse-Terre, the westernmost island of Guadeloupe, where fractures, fluids and heat flows generate a high geothermal potential. Thus, this manuscript organization follows the course of an exhaustive magnetic study, which begins with the understanding of the considered context and objects, from the economic, geological and geophysical point of views. Then existing magnetic data are collected, leading to the design of new magnetic acquisition and processing methods to meet the specific constraints of the study area. The proposed acquisition techniques, ...

In phase-change materials (PCMs) applications, melting occurs at nearly constant temperature,thus avoiding ambient temperature fluctuations. Thereby, the melting time control can be useful to maintain thermal comfort at lower energy demand. This experimental and numerical study deals with the impact of using a uniform magnetic field on the melting rate of an organic PCM placed in an aluminum enclosure. The effect of magnetic field is modeled by including the Lorentz force as a source term in the momentum equations, which are fully coupled with the energy equations [1, 2]. From the numerical simulations, it turned out that a substantial reduction in the liquid fraction can be obtained for high Hartmann numbers, controlled by the magnetic field intensity and the enclosure aspect ratio, and when the direction of the applied Lorentz force is opposite to the buoyant force. On the other hand, experimentally, the PCM was placed inside an aluminum enclosure and permanent magnets of different dimensions and strengths were added to the bottom of it. The enclosure was subjected to a thermal load through heat exchanger plates controlled by a thermoregulating bath [3]. Analyzing the experimental data, retrieved from embedded heat flux sensors and thermocouples, demonstrates that the effect of increasing the magnetic field on heat flux is in accordance with the numerical results. A reduction in the time for fusion is obtained when the magnetic field is applied vertically opposing buoyancy. Keywords: Phase change materials (PCM), magnetic field, latent heat, fusion, heat flux, Lorentz force. References [1] Doostani A., Ghalambaz M., Chamkha A.J. MHD natural convection phase-change heat transfer in a cavity: analysis of the magnetic field effect. J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 39, 2831-2846, 2017. https://doi.org/10.1007/s40430-017-0722-z [2] Adebayo P., Yehya A. The effect of combining magnetic field and high-conductivity nanoparticles on the fusion rate of a phase change material. Energy Convers. Manag. 16, 100314, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2022.100314 [3] Yehya A., Naji H., Zalewski L. Experimental and numerical characterization of an impure phase change material using a thermal lattice Boltzmann method. Appl. Therm. Eng. 154, 738-750, 2019. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.026

The main objective of my thesis is the design and development of a device suitable to recover, and scavenge, low grade heat to produce electrical energy and thus supply small autonomous systems (μW to mW). The developed generator converts energy in three steps. First of all, thermal energy is converted into magnetic energy through a thermodynamic cycle operated by a magnetocaloric material. This first conversion is closely linked to the second, conversion of magnetic energy into mechanical energy, because the displacement of the magnetocaloric material also controls the applied field and the heat exchanges with the reservoirs. It is the interweaving of these two cycles, thermodynamic and dynamic, which allows the system to self-oscillate. The mechanical energy of the pseudo-oscillating system is converted into electrical energy via piezoelectric elements. My experimental, theoretical and numerical works aimed to maximize the electrical energy recovered while ensuring the self-oscillation of the structure. All devices developed are able to self-oscillate for temperature difference of 35 °C while producing electrical energy. Our most efficient prototype has an energy of 10.6 μJ per cycle for a frequency of 0.41 Hz, i.e. a power of 4.2 μW (240 μW/cm3). This work, especially, focuses on the cycles associated with energy conversion.; Mes travaux de thèse visent à récupérer, grapiller, la chaleur fatale de bas à très bas niveau pour produire de l'énergie électrique et ainsi alimenter des petits systèmes autonomes (µW à mW). Le générateur développé convertit l'énergie en trois étapes. Tout d'abord l'énergie thermique est convertie en énergie magnétique au travers d'un cycle thermodynamique opéré à l'aide d'un matériau magnétocalorique. Cette première conversion est intimement liée à la seconde, conversion de l'énergie magnétique en énergie mécanique, car le déplacement du matériau magnétocalorique contrôle aussi le champ appliqué et les échanges thermiques avec les réservoirs. C'est l'imbrication de ces deux cycles, thermodynamique et dynamique, qui permet au système d'auto-osciller. L'énergie mécanique du système pseudo-oscillant est finalement convertie en énergie électrique via des éléments piézoélectriques. Mes travaux expérimentaux, théoriques et numériques ont cherché à maximiser l'énergie électrique récupérée tout en assurant l'auto-oscillation de la structure. Les dispositifs développés sont en mesure d'auto-osciller pour des écarts de température de 35 °C tout en produisant de l'énergie électrique. Notre prototype le plus performant présente une énergie de 10,6 μJ par cycle pour une fréquence de 0,41 Hz, soit une puissance de 4,2 μW (240 μW/cm3). Ces travaux mettent l'accent sur les cycles associés à la conversion d'énergie.

This thesis focuses on the application of the magnetic method to the geophysical exploration of a geothermal area. The study area is located in the volcanic field of Basse-Terre, the westernmost island of Guadeloupe, where fractures, fluids and heat flows generate a high geothermal potential. Thus, this manuscript organization follows the course of an exhaustive magnetic study, which begins with the understanding of the considered context and objects, from the economic, geological and geophysical point of views. Then existing magnetic data are collected, leading to the design of new magnetic acquisition and processing methods to meet the specific constraints of the study area. The proposed acquisition techniques, carried by drone (for onshore data) or by boat (for offshore data), allow for high-resolution and multi-altitude surveys. Once the datasets are obtained and processed, they are interpreted at different scales alongside existing geological input. A spectral inverse problem resolution is also proposed. Finally, a comparison is carried out with all the other geophysical data that can be obtained: magnetotelluric method, transient electromagnetism and gravimetry. ; Cette thèse porte sur la méthode magnétique appliquée à l'exploration géophysique d'une zone à caractère géothermique. L'étude se concentre sur la zone volcanique de Basse-Terre, à l'Ouest de la Guadeloupe, dont les fractures, les fluides et les flux de chaleur engendrent un fort potentiel géothermique. Ainsi, le plan de la thèse suit le cours d'une étude magnétique complète, ce qui commence par la compréhension du contexte et des objets à considérer, autant d'un point de vue économique que géologique puis géophysique. S'ensuit un travail de collecte et de traitement des données magnétiques existantes, menant à la conception de nouvelles techniques d'acquisition ou de traitement pour répondre aux besoins spécifiques de la zone d’étude. Les techniques d’acquisition magnétique proposées, par drone (données onshore) ou par bateau (données offshore), ...

This thesis focuses on the application of the magnetic method to the geophysical exploration of a geothermal area. The study area is located in the volcanic field of Basse-Terre, the westernmost island of Guadeloupe, where fractures, fluids and heat flows generate a high geothermal potential. Thus, this manuscript organization follows the course of an exhaustive magnetic study, which begins with the understanding of the considered context and objects, from the economic, geological and geophysical point of views. Then existing magnetic data are collected, leading to the design of new magnetic acquisition and processing methods to meet the specific constraints of the study area. The proposed acquisition techniques, carried by drone (for onshore data) or by boat (for offshore data), allow for high-resolution and multi-altitude surveys. Once the datasets are obtained and processed, they are interpreted at different scales alongside existing geological input. A spectral inverse problem resolution is also proposed. Finally, a comparison is carried out with all the other geophysical data that can be obtained: magnetotelluric method, transient electromagnetism and gravimetry.; Cette thèse porte sur la méthode magnétique appliquée à l'exploration géophysique d'une zone à caractère géothermique. L'étude se concentre sur la zone volcanique de Basse-Terre, à l'Ouest de la Guadeloupe, dont les fractures, les fluides et les flux de chaleur engendrent un fort potentiel géothermique. Ainsi, le plan de la thèse suit le cours d'une étude magnétique complète, ce qui commence par la compréhension du contexte et des objets à considérer, autant d'un point de vue économique que géologique puis géophysique. S'ensuit un travail de collecte et de traitement des données magnétiques existantes, menant à la conception de nouvelles techniques d'acquisition ou de traitement pour répondre aux besoins spécifiques de la zone d’étude. Les techniques d’acquisition magnétique proposées, par drone (données onshore) ou par bateau (données offshore), permettent d’obtenir des données multi-altitudes haute résolution. Une fois les données obtenues et traitées, elles sont interprétées à différentes échelles en parallèle des connaissances géologiques existantes. Une méthodologie d'inversion spectrale est également proposée. Enfin, un rapprochement est opéré à partir de toutes les données géophysiques pouvant être obtenues : méthode magnétotellurique, électromagnétisme en domaine transitoire et gravimétrie.

The fabrication and integration of sub-millimeter magnetic materials into predefined circuits is of major importance for POrtable MAgnetic DEvices such as biomedical implants and wireless sensor networks (IoT devices). However, it is still not achieved despite intensive efforts. The main limitation arises from a lack of mature permanent magnet technology for micro-electro-mechanical systems (MEMS). There is therefore a need for a compatible process to prepare integrated magnets in the submillimetric range for new developments in microelectronics.The POMADE project, recently funded by the French National Agency for Research (ANR), aims at developing new nanostructured magnets (i) at the submillimeter scale, (ii) locally deposited and (iii) integrated into functional devices. We have recently developed a unique approach at LPCNO to fabricate efficient permanent magnets (PMs) by the controlled assembly of cobalt nanorods using magnetophoresis and capillary forces.The nanostructuration of PMs using MEMS compatible processes raises fabrication, characterization and integration challenges that will be tackled within 3 closely linked work-packages:-The fabrication of thick submillimeter magnets using Co NRs and NdFeB films,-The advanced structural and magnetic studies of the PM with high spatial resolution,-The full integration into a MEMS process flow : realization of efficient energy harvesters.The project, and thus the PhD thesis subject is multidisciplinary, combining advanced studies in physical and chemical synthesis, physico-chemical post-synthesis assembly, nanomagnetism and MEMS architecture.The work will focus more specifically on fine characterization of the sub-millimeter magnets, both experimentally and theoretically and their further integration into an electromagnetic vibration energy harvester device in close collaboration with the LAAS. The characterization of these systems will also be presented, and the results obtained will be compared with the theoretical model, enabling them to be explained.; La fabrication et l'intégration de matériaux magnétiques submillimétriques dans des circuits prédéfinis sont d'une importance majeure pour les dispositifs MAgnétiques POrtables tels que les implants biomédicaux et les réseaux de capteurs sans fil (dispositifs IoT). Cependant, il n'est toujours pas atteint malgré des efforts intensifs. La principale limitation vient d'un manque de technologie mature d'aimants permanents pour les systèmes micro-électromécaniques (MEMS). Il existe donc un besoin de procédé compatible pour préparer des aimants intégrés dans la gamme submillimétrique pour de nouveaux développements en microélectronique.Le projet POMADE, récemment financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR), vise à développer de nouveaux aimants nanostructurés (i) à l'échelle submillimétrique, (ii) déposés localement et (iii) intégrés dans des dispositifs fonctionnels. Nous avons récemment développé une approche unique au LPCNO pour fabriquer des aimants permanents (PM) efficaces par l'assemblage contrôlé de nanobatonnets de cobalt en utilisant la magnétophorèse et les forces capillaires.La nanostructuration des PM utilisant des processus compatibles MEMS soulève des défis de fabrication, de caractérisation et d'intégration qui seront abordés dans 3 work-packages étroitement liés:- La fabrication d'aimants submillimétriques épais à l'aide de films Co NRs et NdFeB,- Les études structurales et magnétiques avancées des PM à haute résolution spatiale,- L'intégration complète dans un flux de processus MEMS: réalisation de récupérateurs d'énergie efficaces.Le projet, et donc le sujet de cette thèse de doctorat, est multidisciplinaire, combinant des études avancées en synthèse physique et chimique, assemblage post-synthèse physico-chimique, nanomagnétisme et architecture MEMS.Le travail effectué porte plus spécifiquement sur la caractérisation fine des aimants submillimétriques, à la fois expérimentalement et théoriquement et leur intégration dans un dispositif de récupération d’énergie électromagnétique vibrant en étroite collaboration avec le LAAS. La caractérisation de ces systèmes sera également présentée et les résultats obtenus seront comparés avec le modèle théorique, permettant ainsi de les expliquer.

Nuclear magnetic resonance spectroscopy is increasingly used to study cellular metabolism in a manner respecting cell integrity. The contribution of phosphorus-31 and carbon-13 NMR is discussed and illustrated by specific examples taken from work on hepatic metabolism carried out in this laboratory. Particular emphasis is laid on metabolite identification, quantitation and fluxes as studied by phosphorus-31 NMR which provides a direct insight of energy metabolism. The analysis of perfused rat liver by naturally abundant carbon-13 NMR illustrates the potential of the method to study non invasively lipid and carbohydrate metabolism in living systems. The use of carbon-13 enriched substrates to pinpoint a specific pathway of the intermediary metabolism is described in the case of excised rat liver perfused with (2-13C)-acetate.

Heterogeneous catalytic reactions require often very harsh conditions, i.e. high temperature and high pressure in the overall system. An original way to lower these reaction conditions consists in generating a local heating directly at the surface of the catalysts by the means of physical stimuli (magnetic or plasmonics). However, up to now, the catalytic sites and the heating agents were spatially separated, reducing the efficiency of the heat transfer. The aim of this thesis is thus to elaborate complex bimetallic nanoparticles combining physical properties and catalytic properties in the very same object. Two types of nanoparticles have been synthesized, iron-nickel nanoparticles for magnetic heating and gold-ruthenium nanoparticles for plasmonic heating. In the current context of sustainable development and storage of renewable energies, we studied two catalytic reactions: the Sabatier reaction, to valorize CO2 gas and the hydrodeoxygenation of platforms molecules from lignocellulosic biomass to yield biofuel. Under alternating magnetic field, iron-nickel nanoparticles generate high temperatures creating a heterogeneous environment at their surface. Thanks to these peculiar conditions, the furfural and the hydroxymethylfurfural could be totally converted, in liquid phase, into biofuels (methylfurane and dimethylfurane) under mild conditions. Moreover, heat properties of iron-nickel nanoparticles combining with their catalytic properties have made possible the total conversion of carbon dioxide into methane. Similarly, plasmonic and catalytic properties of gold-ruthenium nanoparticles were studied for the Sabatier reaction. By coupling classical heating and light irradiation a synergetic effect between ruthenium and gold was observed leading to the efficient activation of the reaction.; Les réactions réalisées en catalyse hétérogène nécessitent des températures et pressions élevées. Une façon originale pour améliorer ces conditions de réaction est de générer des températures élevées directement à la surface des catalyseurs par des stimuli physiques (magnétiques ou plasmoniques). L’objectif de cette thèse a été la mise en place de la synthèse de nanoparticules complexes combinant des propriétés physiques et des propriétés catalytiques. Ainsi, deux types de nanoparticules ont été synthétisées, des nanoparticules de fer-nickel pour le chauffage magnétique et des nanoparticules bimétalliques or-ruthénium pour le chauffage plasmonique. Dans le contexte actuel de développement durable et de stockage des énergies renouvelables, nous avons étudié deux réactions catalytiques : la réaction de Sabatier et l’hydrodésoxygénation de molécules plateformes issues de la biomasse lignocellulosique. Sous champ magnétique, la génération au voisinage des nanoparticules de fer-nickel de très hautes températures a permis de créer un environnement hétérogène à la surface des nanoparticules. Ainsi, la conversion totale du furfural et de l’hydroxyméthylfurfural en biocarburants (le méthylfurane et le diméthylfurane) a pu être réalisée en solution dans des conditions très douces. Les propriétés de chauffe et les propriétés catalytiques des nanoparticules de fer-nickel ont permis d’activer la réaction de Sabatier, et d’atteindre pour la première fois des rendements en méthane de 100 %. Dans la même optique, les propriétés plasmoniques et catalytiques des nanoparticules d’or-ruthénium ont été étudiées pour la réaction de Sabatier. Un couplage entre chauffage classique et irradiation lumineuse a permis de mettre en évidence un effet synergique entre le ruthénium et l’or pour l’activation de la réaction.

The main objective of the works presented in this thesis is the design of an innovative linear generator for wave energy conversion. The other objective is the development of a tool that can be used during the pre-design phases of linear permanent magnets machines for wave generator applications. The chosen structure is a linear tubular flux switching permanent magnet machine. This choice is motivated by the fact that, for this application, the machine must be robust with high reliability and easy maintainability. Because the marine environment is an inhospitable, hostile, corrosive environment, systems installed offshore must be reliable. First, the study focuses on an electromagnetic model with permeance network coupled to the analytical model in order to benefit of the advantages of the permeance network model and the analytical model that is obtained by the Maxwell's equations resolution. For example, thepermeance network model offers the possibility of taking into account the nonlinear behaviour of magnetic materials and the analytical model offers the possibility of taking into account movements easily. This model is used for the pre-design of the linear flux switching machine permanent magnet for wave energy application. The cogging torque reduction and the reduction of edge effects arealso studied in this work. In the second part, a thermal study is proposed. The study is focused on the determination of the thermal convection coefficients in the air gap of the linear machine through experimentation. This choice is motivated by the fact that not many studies are dedicated to the thermal behaviour of tubular linear machines in scientific literature, as compared to rotating electric machines, for example. ; Les travaux de cette thèse ont pour objectif premier la conception d’un générateur linéaire innovant pour la conversion de l’énergie de la houle. L’autre objectif est le développement d’un outil d’aide à la décision lors de la phase de pré-dimensionnement des machines linéaires à aimants permanents pour ...