Infrared sources are essential for local gas detection for civil applications (detection of pollutant and greenhouse gas) or military applications (detection of chemical and biological threats). They are also used as calibration targets for the development of multispectral infrared cameras. For these applications, the sources must be efficient and able to emit a specific light in a given direction. The aim of this thesis is to develop infrared thermal emitters with the following features: low cost with a compact volume, with a tunable spectral response and low losses, able to be juxtaposed on the same device. This work begins with the study of new resonant nanostructured materials, called metamaterials or metasurfaces according to the direction of the structuration, that spectrally and spatially control the emitted light up to the wavelength scale. This study relies on numerical simulations and experimental measurements and demonstrates the potential of these resonators as tunable thermal sources. However, due to the use of metals in these materials, their performance is limited by metal losses. The second study of this work is then to deal with these losses thanks to a field engineering in metamaterials, leading to very narrow spectral responses. The results on this loss control open up promising breakthroughs in the plasmonic and metamaterials field ; Les sources infrarouges sont indispensables à la détection locale de gaz dans de nombreux domaines, que ce soit pour l'environnement (détection de polluants et gaz à effets de serre) ou la défense (détection de menaces biologiques et chimiques). Elles sont également nécessaires en tant que mires de calibration pour le développement de caméras multispectrales infrarouges. Pour toutes ces applications, il est nécessaire de disposer de sources performantes, capables d'émettre un rayonnement spécifique dans une direction donnée. L'objectif de cette thèse est de concevoir des sources thermiques infrarouges compactes et à coût modéré, à spectre accordable et à pertes réduites, pouvant être juxtaposées dans un même dispositif. Pour cela, ces travaux s'organisent autour de deux axes. Le premier concerne l'étude de nouveaux matériaux nanostructurés résonants, appelés métamatériaux ou métasurfaces selon les directions de la structuration, permettant de contrôler l'émissivité spectrale et spatiale afin de maîtriser la réponse spectrale en tout point. Cette étude repose à la fois sur des simulations numériques et sur des mesures expérimentales et démontre le potentiel de ces résonateurs pour la conception de sources thermiques accordables. Cependant, ces matériaux étant composés de métal, ils présentent des pertes par absorption dans l'infrarouge qui limitent leurs performances. Le deuxième axe de recherche est alors de gérer les pertes liées à l'utilisation de métaux grâce à une ingénierie des champs dans des métamatériaux, menant à des émissions spectralement très fines. Les résultats obtenus sur ce contrôle des pertes ouvrent de nombreuses perspectives pour tout le domaine des métamatériaux.
Infrared sources are essential for local gas detection for civil applications (detection of pollutant and greenhouse gas) or military applications (detection of chemical and biological threats). They are also used as calibration targets for the development of multispectral infrared cameras. For these applications, the sources must be efficient and able to emit a specific light in a given direction. The aim of this thesis is to develop infrared thermal emitters with the following features: low cost with a compact volume, with a tunable spectral response and low losses, able to be juxtaposed on the same device. This work begins with the study of new resonant nanostructured materials, called metamaterials or metasurfaces according to the direction of the structuration, that spectrally and spatially control the emitted light up to the wavelength scale. This study relies on numerical simulations and experimental measurements and demonstrates the potential of these resonators as tunable thermal sources. However, due to the use of metals in these materials, their performance is limited by metal losses. The second study of this work is then to deal with these losses thanks to a field engineering in metamaterials, leading to very narrow spectral responses. The results on this loss control open up promising breakthroughs in the plasmonic and metamaterials field ; Les sources infrarouges sont indispensables à la détection locale de gaz dans de nombreux domaines, que ce soit pour l'environnement (détection de polluants et gaz à effets de serre) ou la défense (détection de menaces biologiques et chimiques). Elles sont également nécessaires en tant que mires de calibration pour le développement de caméras multispectrales infrarouges. Pour toutes ces applications, il est nécessaire de disposer de sources performantes, capables d'émettre un rayonnement spécifique dans une direction donnée. L'objectif de cette thèse est de concevoir des sources thermiques infrarouges compactes et à coût modéré, à spectre accordable et à pertes réduites, pouvant être juxtaposées dans un même dispositif. Pour cela, ces travaux s'organisent autour de deux axes. Le premier concerne l'étude de nouveaux matériaux nanostructurés résonants, appelés métamatériaux ou métasurfaces selon les directions de la structuration, permettant de contrôler l'émissivité spectrale et spatiale afin de maîtriser la réponse spectrale en tout point. Cette étude repose à la fois sur des simulations numériques et sur des mesures expérimentales et démontre le potentiel de ces résonateurs pour la conception de sources thermiques accordables. Cependant, ces matériaux étant composés de métal, ils présentent des pertes par absorption dans l'infrarouge qui limitent leurs performances. Le deuxième axe de recherche est alors de gérer les pertes liées à l'utilisation de métaux grâce à une ingénierie des champs dans des métamatériaux, menant à des émissions spectralement très fines. Les résultats obtenus sur ce contrôle des pertes ouvrent de nombreuses perspectives pour tout le domaine des métamatériaux.
Nowadays, timber structures are well on the way to democratization as regards building uses. They, indeed, present many advantages including light weight, speed of implementation and contribution to sustainable development. These structures are made of timber elements connected together using metal components such as bolts, dowels and nails forming the mechanical joints, which is sometimes reinforced with metal plates. Consequently, the joints are vulnerable areas when exposed to fire. Understanding their mechanical behavior, therefore, is essential, not only as regards fire exposure, but also as regards the coupling of the thermal and hydric fluxes within the connections.As we know, wood is an anisotropic material and relatively humid. The combination of the architectural demand and the material mechanical resistance requires wood materials to cohabit with other materials like steel fasteners. With the presence of steel members, thermo -hydric heat transfer phenomena within joints under fire exposure increase in speed and complexity [4 e7].This complexity comes from the difference between the materials regarding mechanical rigidity and thermo -hydric permeability. It affects the mechanical and thermo-physical properties of the materials eventually, in particular, thermal conductivity and specific heat subjected to the thermal action of fire. With this aim in view, the present research provides important experimental and numerical data, which are needed in the field of understanding and quantifying thermos-hydric transfer phenomenon within timber-steel connections.The objective of this thesis is to present the findings of the investigations carried out to study experimental and numerical thermo-hydric transfer of timber connections subjected to the ISO-834 standard conditions of fire exposure. The experimental part starts by the study of a sin gle bolt or single dowel timber-timber connections under fire. The temperature-time evolutions are measured at different places of the connections. Then two studies are carried out about the main two components of connections (wood and metal rods). The results obtained allow a good comprehension and quantification about the choice of the metal rods (bolt or dowel). A good comprehension is also obtained about the water contained in timber. The simulation model is reached in many ways: first, through the thermal study of the steel fasteners using the Finite Differences Method and another model using the Finite Element Method. Second, through the modeling of thermal behavior of the connection using the finite element method with the Msc-marc software is carried out. The last model is about the thermos-hydric behavior of the timber. The comparison between experimental and numerical results is satisfactory. ; Les structures en bois sont de plus en plus utilisées de nos jours dans les constructions de génie civil. Cette utilisation massive du bois s'explique notamment par le caractère écologique du matériau et son attrait esthétique. Ces structures sont composées d'éléments en bois assemblés entre eux à l'aide d'organes métalliques tels que des boulons, broches, plaques métalliques,.etc. La résistance globale de la structure est étroitement liée aux capacités résistantes de ses liaisons. Ces zones constituent donc des endroits vulnérables lors d'un incendie. La compréhension de leur comportement sous sollicitation thermique de type incendie nécessite donc une attention particulière.Le bois est connu comme matériau anisotrope et relativement humide. La grande variabilité de ses propriétés mécaniques et la présence d'organes métalliques dans les assemblages rendent l'étude de ceux-ci beaucoup plus complexe. C'est notamment le cas en situation extrême d'incendie où la connaissance des valeurs de certains paramètres en fonction de la température est plus ou moins approchée. Lorsque l'assemblage est sollicité par des hautes températures, des flux thermiques et hydriques se manifestent et agissent sur les caractéristiques mécaniques et physiques des matériaux. Les méthodes actuelles de calcul technique de ces structures restent très sécuritaires et tendent à être simplificatrices dans certains cas. Une meilleure caractérisation de la réponse de ces assemblages sous action thermique s'impose si l'on veut optimiser les structures.Pour étudier les transferts thermiques et hydriques dans les éléments d'assemblages bois, deux approches ont été adoptées : expérimentale et numérique. L'approche expérimentale qui débute par l'étude d'un assemblage mono-tige soumis à l'action du feu ISO 834. L'étude des transferts thermiques à différents endroits des assemblages est réalisée ainsi que l'influence de la présence de la plaque métallique et le choix du type d'organes métalliques. Les résultats obtenus ont conduit à l'étude des deux éléments principaux de l'assemblage que sont le bois et les tiges métalliques. Les résultats obtenus permettent à la fois une meilleure compréhension et quantification de l'influence du choix de la tige métallique, de la présence de l'eau dans le bois. L'étude numérique a consisté à la mise en place de différents modèles. Un premier modèle simplifié basé sur les différences finies est réalisé. Il permet l'étude des transferts thermiques dans les organes métalliques. Ensuite deux modèles utilisant les éléments finis sont réalisés : le premier utilisé sous le code de calcul Msc.Marc et le second a été programmé ave des éléments finis surfaciques. Ce dernier modèle permet la prise en compte du comportement thermo-hydrique dans le matériau. Ils rentrent dans le cadre de la calibration des paramètres thermomécaniques du bois sous hautes températures et permettent d'aborder différentes configurations d'assemblages bois.Enfin une étude comparative et de discussion est réalisée entre les résultats réels et les résultats numériques. Les résultats obtenus sont satisfaisants.
Nowadays, timber structures are well on the way to democratization as regards building uses. They, indeed, present many advantages including light weight, speed of implementation and contribution to sustainable development. These structures are made of timber elements connected together using metal components such as bolts, dowels and nails forming the mechanical joints, which is sometimes reinforced with metal plates. Consequently, the joints are vulnerable areas when exposed to fire. Understanding their mechanical behavior, therefore, is essential, not only as regards fire exposure, but also as regards the coupling of the thermal and hydric fluxes within the connections.As we know, wood is an anisotropic material and relatively humid. The combination of the architectural demand and the material mechanical resistance requires wood materials to cohabit with other materials like steel fasteners. With the presence of steel members, thermo -hydric heat transfer phenomena within joints under fire exposure increase in speed and complexity [4 e7].This complexity comes from the difference between the materials regarding mechanical rigidity and thermo -hydric permeability. It affects the mechanical and thermo-physical properties of the materials eventually, in particular, thermal conductivity and specific heat subjected to the thermal action of fire. With this aim in view, the present research provides important experimental and numerical data, which are needed in the field of understanding and quantifying thermos-hydric transfer phenomenon within timber-steel connections.The objective of this thesis is to present the findings of the investigations carried out to study experimental and numerical thermo-hydric transfer of timber connections subjected to the ISO-834 standard conditions of fire exposure. The experimental part starts by the study of a sin gle bolt or single dowel timber-timber connections under fire. The temperature-time evolutions are measured at different places of the connections. Then two studies are ...
En raison des restrictions législatives de plus en plus sévères sur la pollution de l'environnement, les industries laitières font face au fil des dernières années à un défi crucial de valorisation des grandes quantités de lactosérum générées. Ainsi, grâce aux récents progrès technologiques et scientifiques ainsi que la forte croissance du marché d'ingrédients biofonctionnels, une voie de valorisation plus efficiente et prometteuse du lactosérum a émergé. En effet, au cours des dernières années, plusieurs études ont démontré que les attributs nutritionnels et biofonctionnels du lactosérum sont particulièrement liés à ses protéines qui constituent une source optimale d'ingrédients alimentaires fonctionnels et de peptides bioactifs. Ainsi, la ß-lactoglobuline (ß-lg), protéine majeure du lactosérum est un additif fréquemment utilisé dans une large gamme de produits alimentaires en raison de ses excellentes propriétés biofonctionnelles, de sa valeur nutritionnelle élevée et de son faible coût. Ces propriétés biofonctionnelles de la ß-lg peuvent être améliorées par différentes méthodes de traitement, notamment les traitements physiques, chimiques et enzymatiques. Cependant, en raison de sa structure globulaire compacte, la ß-lg sous sa forme native est relativement résistante aux modifications. Bien que les traitements conventionnels soient efficaces pour améliorer les propriétés structurelles et fonctionnelles des protéines ainsi que la production de peptides biologiquement actifs, ils sont cependant consommateurs de ressources et peuvent affecter négativement la qualité des produits finaux. Par conséquent, l'application de méthodes de traitement physique non thermique émergentes s'avère nécessaire. Ainsi, dans le cadre de ce projet doctoral, les traitements électriques à hauts voltages (TEHV) respectueux de l'environnement, notamment les champs électriques pulsés (CEP) et les arcs électriques (ARC) ont été utilisés comme méthode de prétraitement de la ß-lg. Un prétraitement thermique de la ß-lg a été effectué afin de comparer l'efficacité des prétraitements par TEHV avec l'approche conventionnelle. De ce fait, les échantillons de ß-lg préchauffés étaient considérés comme témoin positif et ceux de la forme native, comme témoin négatif. L'effet des prétraitements sur les propriétés fonctionnelles de la ß-lg a été évalué. De même, l'impact des TEHV et du prétraitement thermique sur la structure de la ß-lg et sa susceptibilité à l'hydrolyse trypsique et chymotrypsique a été étudié. La chromatographie liquide ultra-performante couplée à la spectrométrie de masse en tandem (UPLC-MS/MS) a été utilisée afin d'analyser et de caractériser les fractions peptidiques issus des différents hydrolysats de la ß-lg. De plus, les scores d'éco-efficience (EE) de génération de peptides après hydrolyses trypsique et chymotrypsique ont été calculés dans le but de déterminer laquelle des méthodes de prétraitement était la plus efficiente. Les résultats ont démontré une amélioration des propriétés fonctionnelles (propriétés moussantes, émulsifiantes et d'hygroscopicité) de la ß-lg favorisée par l'impact positif des TEHV sur sa structure secondaire. En effet, les analyses structurales ont montré que les TEHV ont induit une modification partielle de la conformation de la ß-lg. Une telle modification structurelle a eu pour conséquence une augmentation du degré d'hydrolyse (DH) de près de 2 fois après prétraitement par TEHV comparée à la protéine native. Dans le cas du prétraitement par chauffage conventionnel, l'augmentation du DH était d'environ 1,2 fois comparée à la protéine native. Ces résultats ont été confirmés par l'amélioration des paramètres cinétiques de la ß-lg à l'état d'équilibre, après les TEHV. Par ailleurs, une différence significative a été observée entre la trypsine et la chymotrypsine quant au DH et l'efficacité catalytique des deux enzymes. En effet, les constantes d'efficacité catalytique de la chymotrypsine étaient plus élevées que celles de la trypsine, suggérant une meilleure affinité de la chymotrypsine pour la protéine par rapport à la trypsine. En outre, l'analyse des échantillons prétraités en UPLC-MS/MS a démontré que l'application des TEHV a conduit à la libération de peptides à partir des molécules de ß-lg avant même l'ajout de trypsine et de chymotrypsine aux milieux réactionnels. De plus, les TEHV ont généré en moyenne 37 à 50 % plus de peptides que les protéines natives et préchauffées. Enfin, l'analyse de l'EE a révélé que les TEHV constituaient une méthode de prétraitement plus éco-efficiente que la méthode conventionnelle car leurs scores EE étaient plus élevés tant pour les procédés d'hydrolyse que pour les peptides bioactifs résultant de l'hydrolyse. Cette thèse apporte également de nouveaux éléments de compréhension quant à la valorisation multidirectionnelle des protéines du lactosérum. ; Due to increasingly severe legislative restrictions on environmental pollution, dairy industries have faced over the past few years a crucial challenge of valuing the large quantities of whey generated. Thus, thanks to recent technological and scientific progress as well as the important growth of the biofunctional ingredients market, a more efficient and promising way of whey valorization has emerged. Indeed, in recent years, several studies have demonstrated that the nutritional and biofunctional attributes of whey are particularly linked to its proteins, which constitute an optimal source of functional food ingredients and bioactive peptides. Therefore, -lactoglobulin (ß-lg), a major whey protein is an additive frequently used in a wide range of food products due to its excellent biofunctional properties, its high nutritional value and its low cost. These biofunctional properties of ß-lg can be improved by different treatment methods, including physical, chemical and enzymatic ones. However, due to its compact globular structure, ß-lg in its native form is relatively resistant to modifications. Although conventional treatments are effective in improving the structural and functional properties of proteins as well as the production of biologically active peptides, they are nonetheless resource intensive and can negatively affect the quality of final products. Therefore, the application of emerging nonthermal physical treatment methods is necessary. Thus, in the frame of this doctoral project, sustainably high-voltage electrical treatments (HVET), namely pulsed electric fields (PEF) and electric arcs (ARC) were used as pretreatment method of ß-lg. Thermal pretreatment of ß-lg was performed in order to compare the efficiency of HVET pretreatments with the conventional approach. Therefore, the preheated ß-lg samples were considered as positive control and those of the native one as negative control. The effect of pretreatments on the functional properties of ß-lg was evaluated. Likewise, the impact of HVET and heat pretreatments on the structure of ß-lg and its susceptibility to tryptic and chymotryptic hydrolyses was investigated. Ultra-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) was used to analyze and characterize the peptide fractions from the various hydrolysates of ß-lg. In addition, the eco-efficiency (EE) scores of peptide generation after tryptic and chymotryptic hydrolyses were calculated in order to determine which of the performed pretreatment methods was the most efficient. The results demonstrated an improvement in the functional properties (foaming, emulsifying and hygroscopicity properties) of ß-lg promoted by the positive impact of HVET on its secondary structure. Indeed, structural analyzes have shown that HVET induced a partial modification of the conformation of ß-lg. Such structural modification resulted in almost 2-times increase in the degree of hydrolysis (DH) after HVET pretreatments compared to the native protein. In the case of the conventional heating pretreatment, the increase in DH was approximately 1.2-times compared to native protein. These results were confirmed by the improvement in the kinetic parameters of ß-lg at steady state after HVET. Furthermore, a significant difference was observed between trypsin and chymotrypsin with regard to DH and the catalytic efficiency of the two enzymes. Indeed, the catalytic efficiency constants of chymotrypsin were higher than those of trypsin, suggesting a better affinity of chymotrypsin with the protein compared to trypsin. In addition, the UPLC-MS MS analysis of pretreated samples demonstrated that the application of HVET led to the release of peptides from ß-lg molecules even before the addition of trypsin and chymotrypsin to the reaction media. Additionally, the HVET have generated in average 37-50% more peptides than native and preheated proteins. Finally, the EE analysis revealed that HVET were the most efficient pretreatment method than the conventional one as their EE scores were higher for both hydrolysis processes and bioactive peptides generated from performed hydrolyses. This thesis highlights new understanding elements regarding the multidirectional valorization of whey proteins
Alors que les approches de la sécurité climatique des États-Unis, de l'Inde ou du Royaume-Uni ont déjà fait l'objet de nombreux travaux, le cas de la France demeure encore largement inexploré. Cet article propose d'avancer la compréhension de l'approche française de la sécurité climatique à partir d'une analyse des discours de la Représentation permanente de la France à l'ONU (RPF-ONU) lors des débats dédiés au changement climatique organisés au sein du Conseil de sécurité (CSNU) entre 2007 et 2019. Plus spécifiquement, nous montrons qu'ils se présentent comme un discours de sécurité qui n'est toutefois ni homogène, ni monolithique, et combine en fait plusieurs sens de la sécurité dont la coexistence tient à la rémanence, dans le discours diplomatique, de trois discours historiques : un discours géopolitique, un discours économique et un discours écologique. D'un point de vue plus conceptuel et théorique, nous faisons l'argument de l'incompatibilité de ces trois discours, en fait des équilibres – des forces pour le premier, économiques pour le deuxième, thermiques, chimiques et énergétiques pour le troisième – qu'ils promeuvent chacun.
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro- technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation (CE n°1069/2009) impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous- produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des installations de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à 25% ...
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro- technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation (CE n°1069/2009) impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous- produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des installations de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à 25% ...
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro-technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation européenne impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous-produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des unités de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à ...
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro-technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation européenne impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous-produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des unités de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à ...
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro- technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation (CE n°1069/2009) impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous- produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des installations de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à 25% de l'énergie primaire générée par les unités de production de biogaz. Dans le cadre des travaux de thèse présentés, des solutions alternatives d'abattement microbien, notamment les électro-technologies (ex. Champs Électriques Pulsés, CEP) ont été étudiées. Ces technologies sont essentiellement développées pour l'inactivation athermique des micro-organismes des denrées alimentaires. Les souches Enterococcus faecalis ATCC 19433 et Escherichia coli ATCC 25922 ont été sélectionnées comme bactéries indicatrices. Une étude des cinétiques d'inactivation des indicateurs à différents paramètres électriques dans les procédés en batch et en continu a été réalisée. L'évaluation de l'efficacité du couplage des CEP et d'un chauffage ohmique, l'effet de la quantité d'énergie utilisée pour le traitement par CEP, la régénération cellulaire des bactéries endommagées et la modélisation cinétique et numérique du procédé sont également abordés. Les résultats obtenus confirment la capacité des CEP à hygiéniser les sous-produits animaux (i.e. une réduction de 5- log10 d'Ent. faecalis) dans les systèmes en batch et en continu. Ainsi, le couplage du traitement par CEP et du chauffage ohmique peut significativement réduire la consommation énergétique du procédé.
Les travaux récents de P. Glansdorff et T. Prigogine permettent d'étendre le domaine d'application de la Thermodynamique des Phénomènes Irréversibles aux processus loin de l'équilibre et incluant l'effet de grandeurs hydromagnétiques. L'objet de ce travail est de présenter l'inégalité fondamentale de Glansdorff et Prigogine pour un système en présence de champs électromagnétiques. La production d'entropie généralisée est calculée pour des problèmes de stabilité hydromagnétique. Cette production d'entropie s'exprime comme d'habitude en termes de flux et de forces généralisées. Son signe donne directement la stabilité du système par rapport à de petites perturbations dans le cadre d'une théorie linéaire. L'auteur étudie la relation entre les principes variationnels usuels de la Théorie de la Stabilité et la production d'entropie généralisée. A titre d'application le problème de l'instabilité thermique d'une couche liquide par rapport à la convection est étudié dans le cas hydromagnétique.
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro-technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation européenne impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous-produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des unités de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à 25% de l'énergie primaire générée par les unités de production de biogaz. Dans le cadre des travaux de thèse, des solutions alternatives d'abattement microbien, notamment les électro-technologies (ex. Champs Électriques Pulsés, CEP) ont été étudiées. Ces technologies sont essentiellement développées pour l'inactivation athermique des micro-organismes des denrées alimentaires. Les souches Enterococcus faecalis ATCC 19433 et Escherichia coli ATCC 25922 ont été sélectionnées comme bactéries indicatrices. Une étude des cinétiques d'inactivation des indicateurs à différents paramètres électriques dans les procédés en batch et en continu a été réalisée. L'évaluation de l'efficacité du couplage des CEP et d'un chauffage ohmique, l'effet de la quantité d'énergie utilisée pour le traitement par CEP, la régénération cellulaire des bactéries endommagées et la modélisation cinétique et numérique du procédé sont abordés. Les résultats obtenus confirment la capacité des CEP à hygiéniser les sous-produits animaux dans les systèmes en batch et en continu. Ainsi, le couplage du traitement par CEP et du chauffage ohmique peut significativement réduire la consommation énergétique du procédé.
The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro-technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process. ; La législation européenne impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous-produits animaux. Ce traitement, consommateur d'énergie, réduit la rentabilité globale des unités de méthanisation. L'étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d'hygiénisation thermique représente 6 à 25% de l'énergie primaire générée par les unités de production de biogaz. Dans le cadre des travaux de thèse, des solutions alternatives d'abattement microbien, notamment les électro-technologies (ex. Champs Électriques Pulsés, CEP) ont été étudiées. Ces technologies sont essentiellement développées pour l'inactivation athermique des micro-organismes des denrées alimentaires. Les souches Enterococcus faecalis ATCC 19433 et Escherichia coli ATCC 25922 ont été sélectionnées comme bactéries indicatrices. Une étude des cinétiques d'inactivation des indicateurs à différents paramètres électriques dans les procédés en batch et en continu a été réalisée. L'évaluation de l'efficacité du couplage des CEP et d'un chauffage ohmique, l'effet de la quantité d'énergie utilisée pour le traitement par CEP, la régénération cellulaire des bactéries endommagées et la modélisation cinétique et numérique du procédé sont abordés. Les résultats obtenus confirment la capacité des CEP à hygiéniser les sous-produits animaux dans les systèmes en batch et en continu. Ainsi, le couplage du traitement par CEP et du chauffage ohmique peut significativement réduire la consommation énergétique du procédé.
In military environments, especially land field, high frequencies (HF, 3 - 30 MHz), very high frequencies (VHF, 30 - 300 MHz) and ultra high frequencies (UHF, 300 - 3000 MHz) have been used for long range and shortrange communications, for communication interference or for detection. To have all those functions on the same carrier, they require many antennas, therefore they are increasing the operator's electromagnetic overexposure risk. Civilian and military standards were published providing limits on external electromagnetic fields and dosimetric quantities (specific absortion rate SAR, current density and internal electric field) to limit this overexposure risk between 0 and 300 GHz. The PhD thesis project has two main objectives. First, civilian and military standards are studied to understand how they were developed and if they are really suited for HF and VHF frequencies. Second, a new validation method of Thales radio product is proposed and validated. This PhD thesis project have characterized numerically the human body electromagnetic and thermal behavior during electromagnetic exposure in HF and VHF. Then, by studying couplings between external electromagnetic fields, induced current and human body, formulas to calculate both whole-body averaged SAR and local SAR 10 g in homogeneous body are proposed for the first time. ; Dans les environnements militaires, et plus particulièrement dans le domaine terrestre, de nombreux systèmes radioélectriques HF (de 3 à 30 MHz), VHF (de 30 à 300 MHz) et UHF (de 300 à 3000 MHz) sont utilisés. Ces systèmes remplissent plusieurs fonctions (communication longue et courte distance, brouillage, radar, etc .) et peuvent parfois cohabiter sur un même porteur. Ces différentes fonctions utilisent plusieurs antennes et augmentent les risques de surexposition électromagnétique des opérateurs. Des normes civiles et militaires proposent des limites sur les champs électromagnétiques appliqués et sur des grandeurs dosimétriques (débit d'absorption spécifique DAS, densité de courant et champs électriques internes) pour limiter ces risques entre 0 et 300 GHz. Ces travaux de thèse ont deux objectifs principaux. Le premier est d'étudier les normes civiles et militaires afin de comprendre comment elles ont été développées et si elles sont réellement adaptées aux fréquences HF et VHF. Le deuxième est de proposer et valider une nouvelle méthode de validation des produits radio Thales. Pour cela, nous caractérisons numériquement le comportement électromagnétique et thermique du corps humain lors d'une exposition électromagnétique en bandes HF et VHF. L'étude des couplages entre le corps et les champs électromagnétiques externes nous permet de proposer pour la première fois des formules calculant les DAS dans le corps d'un fantôme homogène à partir, soit des courants induits le long du corps pour une exposition quelconque, soit du champ électrique appliqué pour une exposition en onde plane.
