Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation numérique des processus'

L’objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l’aide de la méthode des plans d’expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l’énergie et la fréquence des impulsions. Afin d’obtenir une rugosité Sa  5 µm avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l’alliage d’aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l’existence d’une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (v  qq m. S-1) même après la fin d’impulsion (effet d’inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l’impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l’épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d’optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques<br>The aim of this work is to have a better control on the laser beam surfaces texturing on three materials: 304L, TA6V and AA6056 alloys. For this purpose, it has been used two types of modelling, experimental and numerical, that are complementary. Using an experimental design approach it was observed that the laser surface texturing process of 304L and TA6V alloys are strongly influenced by energy and frequency of pulses. In order to obtain a surface roughness Sa  5 µm for the biggest possible productivity it is necessary to work with an energy of 5 mJ and a frequency ranging between 10 and 12 kHz. Unfortunately, for aluminium alloy AA6056 it is necessary to make a choice between having a good surface quality and having a high productivity. The numerical simulations of the coupled phenomena (thermals-hydrodynamics-mechanics) complete the experimental information and they have been showed that the existence of a strong recoil pressure generates a strong movement of liquid towards the edges of the crater (v  some m. S-1) which continues after the end of impulse (inertia effect). The fact that the displacement of the liquid is more important for AA6056 than for 304L and TA6V, determs a more important pads formation arround the impact. This has a negative influence on surface roughness. In this case, in order to minimize the surface roughness, it is necessary to assure the best compromise which is making possible to favour the vaporization, to decrease the thickness of the melt liquid and to optimize the covering rate of the impacts. In conclusion, the laser beam can successfully be used in metal’s surfaces texturing process

Cette thèse aborde le sujet de la modélisation du processus de dimensionnement en génie électrique par la simulation numérique. En premier lieu, le formalisme SADT est utilisé pour guider l'utilisateur dans sa simulation numérique. Puis, l'utilisation d'événementiels permet de recituer la simulation numérique dans le processus de dimensionnement en génie électrique. Enfin, une méthode nouvelle est proposée s'inspirant d'Open Inventor et de la méthodologie objet pour tenter de rassembler et de capitaliser I'ensemble des aspects du processus de dimensionnement en génie élechique. Cette méthode nouvelle est associée au langage VRML pour bénéficier de la syntaxe déjà définie<br>This thesis addresses the topic of modeling the design process in engineering electrical simulation. First, the SADT formalism is used to guide the user in numerical simulation. Then, use Event permits to relocate the numerical simulation in the engineering design process electric. Finally, a new method is proposed based on Open Inventor and object methodology to try to gather and capitalize I'ensemble aspects of Engineering design process Elechi. This new method is associated VRML syntax to benefit from the already defined

Les supercondensateurs ou Condensateurs à Double-Couche Electrochimique sont des systèmes novateurs et prometteurs pour le stockage de l'énergie. La modélisation par la simulation numérique est l'outil principalement utilisé dans cette thèse pour étudier les supercondensateurs. La modélisation est complémentaire aux expériences, et les deux méthodologies sont autant que possible mises en regard. Dans un premier temps, une méthode permettant de calculer la capacité des électrodes poreuses modélisées à l'équilibre a été mise au point, afin de mesurer les performances des systèmes étudiés. Puis, des cycles de charge et de décharge, processus dynamiques correspondant à des situations hors-équilibre, ont été réalisés, sur des systèmes modèles variés : différentes structures d'électrodes nanoporeuses de carbone, en contact avec des électrolytes purs ou avec solvant, soumis à des différences de potentiel plus ou moins élevées. À partir des données obtenues, le mécanisme de charge des supercondensateurs a été identifié et décomposé en plusieurs étapes. L'influence de la structure du matériau, du solvant et de la valeur du potentiel a été analysée. Enfin, des simulations à l'équilibre ont permis d'étudier le transport des espèces de l'électrolyte dans les milieux poreux particuliers que sont les électrodes de carbone. Ce travail propose par conséquent une étude complète et cohérente des processus dynamiques dans les supercondensateurs<br>Supercapacitors or Electrical Double Layer Capacitors (EDLC) are an innovative and promising technology in the field of energy storage. Modeling via computer simulation is the main technique used in this work to study supercapacitors. This methodology is complementary to experiments, and comparisons are made. Firstly, a methodology allowing the calculation of capacitance for the modeled systems with porous electrodes has been developed. This enabled performance to be measured for these complex systems. Secondly, cycles of charging and discharging (out-of-equilibrium processes) have been realised on various model systems composed of different structures of carbon electrodes, in contact with either pure electrolytes or solvated ionic liquids, submitted to raised or lowered potential differences. From the data obtained, the charging mechanism of supercapacitors has been elucidated and decomposed in different steps. Furthermore, the influence of the structure of the material, the solvation, and the value of the potential has been analysed. Finally, equilibrium simulations were performed. This enabled the study of electrolyte species transport inside the porous carbon electrodes media. This work consequently provides a complete and consistent study of the dynamic processes in supercapacitors

Cette these porte sur la modelisation numerique tridimensionnelle du transport en suspension des sediments cohesifs en estuaire. Dans un premier temps, le modele numerique telemac-3d, qui simule les ecoulements tridimensionnels en riviere et en mer, a fait l'objet de nouveaux developpements afin de representer les processus propres aux sediments fins (phenomene de floculation, mouvements de la creme de vase, consolidation du fond vaseux). L'etude d'un estuaire schematique a montre les capacites du code a simuler les phenomenes caracteristiques des environnements estuariens: propagation de la maree, intrusion saline et formation du bouchon vaseux. Le modele a alors ete applique a un cas reel: l'estuaire de la loire. Le bouchon vaseux reproduit par le modele presente des caracteristiques (position dans l'estuaire, deplacements au cours de la maree) similaires a celles observees en nature. Le modele de creme de vase a aussi ete teste et il s'est avere utile pour une bonne representation de la dynamique sedimentaire estuarienne

L'apparition de plis au cours des procédés d'emboutissage des tôles mécaniques est devenu un défaut fréquent en raison de la tendance vers une diminution de l'épaisseur, favorable à l'allégement des structures. L'objet de cette étude est de prévoir l'apparition et les caractéristiques du plissement en fonction des propriétés d'anisotropie plastique du matériau. Deux méthodes de prédiction du plissement ont été mises en œuvre. Nous développons tout d'abord une étude analytique de l'apparition du plissement afin de déterminer des courbes limites de plissement (CLP) pour une plaque puis pour une coque doublement courbée. La seconde méthode utilise ensuite les capacités des simulations par éléments finis à prévoir le plissement en emboutissage. Nous présentons les prévisions obtenues par éléments finis pour deux essais d'emboutissage profond. Enfin nous comparons les prévisions numériques aux prévisions analytiques et aux résultats expérimentaux. L'influence de l'anisotropie normale et de l'anisotropie transverse sur les CLP est discutée. L'influence de l'anisotropie sur l'apparition du plissement dans un processus réel d'emboutissage est aussi discutée. Nous obtenons un accord correct entre les prévisions analytiques et la bifurcation identifiée à partir des simulations par éléments finis. De plus, ces prévisions analytiques et numériques sont en bonne concordance avec les expériences<br>The development of wrinkles in sheet metal stamping processes is a defect which becomes more and more frequent, owing to the trend in decreasing sheet thickness, so as to decrease the weight of structures. Te aim of this work is the prediction of wrinkling. The influence of plastic anisotropy on wrinkling behavior is also investigated. Two methods are developed in order to capture the initiation of wrinkling. An analytical study of wrinkling is first developed, which allows us to determine wrinkling limit curves (WLC) for a plate and for a doubly-curved shell. The ability of finite element (FE) simulations to capture the onset of wrinkling is also explored. Finite element simulations of real deep drawing processes are then presented. The finite element results are finally compared with the predictions of the analytical WLC and with the experiments. The influence of normal and planar anisotropy on the WLC is discusses. We obtain a good agreement between analytical predictions and the bifurcation estimated from the FE simulations. Moreover, analytical and numerical predictions are in fair agreement with experiments

Dans cette thèse, nous avons développé un code de simulation numérique directe pour l’étude des écoulements particulaires. Le schéma numérique est basé sur une technique de domaines fictifs. Le code est validé sur de nombreux cas test puis nous l’avons utilisé pour étudier la sédimentation de particules bidimensionnelles en milieu confiné. Trois cas ont été analysés : sédimentation d’une particule unique, d’un doublet de particules et d’un grand nombre de particules. Dans le premier cas nous retrouvons le phénomène de survitesse qui apparaît pour une particule excentrée à bas nombre de Reynolds. Nous montrons que cette survitesse est très sensible à l’inertie du fluide : elle diminue lorsqu’on augmente le nombre de Reynolds. Cet effet est retardé par le confinement. Dans le cas d’un doublet de particules, nous retrouvons les comportements complexes observés dans la littérature (hystérésis, cascade sous-harmonique et chaos). Nous montrons qu’une nouvelle série de bifurcations et un nouvel attracteur apparaissent pour des particules plus pesantes. Il s’agit là d’une transition vers le chaos par la voie de la quasi-périodicité. Nous donnons le diagramme de bifurcation étendu. La nouvelle branche correspond à une structure horizontale qui conduit à une sédimentation lente. Dans le cas d’un grand nombre de particules, nous montrons que la vitesse de chute de l’interface fluide-particules suit une loi de type Richardson-Zaki, mais avec un exposant d’environ 4. Comme pour des sphères, la valeur de cet exposant dépend du confinement. Enfin, nous observons un phénomène de blocage, inattendu pour des particules non-cohésives, dû au caractère bidimensionnel de la suspension<br>In the present thesis, a fully-resolved numerical code has been developed for the analysis of particle-laden flows. A fictitious domain method is used. First, this numerical tool has been validated by using classical benchmarks. It has then been used to simulate the complex sedimentation of particles in three generic two-dimensional configurations: a single particle, a particle pair and a large number of particles in a confined domain. In the first case, the peak-velocity of an off-centred inclusion is recovered at low-Reynolds number. It is shown that this peak-velocity is very sensitive to fluid inertia: the peak-velocity decreases when the Reynolds number increases. This effect is delayed by the confinement. The very complex dynamics of a pair of particles sedimenting in a confined domain, observed in the litterature, is recovered (hysteresis, period-doubling cascade and chaos). It is shown that a new series of bifurcations, leading to a new attractor, emerges when the non-dimensional particle weight is increased. This new transition corresponds to a quasi-periodic route. The extended bifurcation diagram is given. The new branch discovered in this work corresponds to a nearly horizontal particle doublet, with a slow settling velocity. In the case of the settling of large number of particles, a RZ-like law is recovered for the sedimentation velocity of the fluid-particle interface. The exponent is close to 4, in contrast with the case of spheres. Finally, the sedimentation velocity at the end of the settling process is observed to be significantly reduced, like for cohesive sediments. This unexpected behaviour is related to the two-dimensionality of the suspension

Nous nous intéressons à la modélisation des mouvements de foule causés par des situations d'évacuation d'urgence. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle mathématique et une méthode numérique de gestion des contacts, afin de traiter les interactions locales entre les personnes pour finalement mieux rendre compte de la dynamique globale du trafic piétonnier. Nous proposons un modèle microscopique de mouvements de foule reposant sur deux principes. D'une part, chaque personne a une vitesse souhaitée, celle qu'elle aurait en l'absence des autres. D'autre part, la vitesse réelle des individus prend en compte une certaine contrainte d'encombrement maximal. En précisant le lien entre ces deux vitesses, le problème d'évolution prend la forme d'une inclusion différentielle du premier ordre. Son caractère bien posé est démontré en utilisant des résultats sur les processus de rafle par des ensembles uniformément prox-réguliers. Ensuite, nous présentons un schéma numérique et démontrons sa convergence. Pour calculer une vitesse souhaitée particulière (celle dirigée par le plus court chemin évitant les obstacles), nous présentons une programmation orientée objet ayant pour but de simuler l'évacuation d'une structure de plusieurs étages présentant une géométrie quelconque. Nous finissons avec d'autres choix de vitesse souhaitée (par exemple, en ajoutant des stratégies individuelles) et présentons les résultats numériques associés. Ces simulations numériques permettent de retrouver certains phénomènes observés lors de déplacements piétonniers.

Ce travail est dédié à la modélisation mathématique des processus de cristallisation afin de les simuler, les optimiser et les commander. Dans un premier temps, nous présentons les principes de la modélisation, les notions fondamentales de la cristallisation et l'exploitation numérique des modèles de cristallisation. Dans un second temps, nous traitons le modèle mathématique de cristallisation du KCl avec dissolution des fines et classification du produit en mode continu. Ce modèle est décrit par une équation aux dérivées partielles hyperbolique couplée avec une équation intégro-différentielle. Sur un plan théorique, nous prouvons l'existence et l'unicité de solution du modèle, en utilisant les courbes caractéristiques et le principe du point fixe de Banach. Par ailleurs, nous présentons une simulation numérique du modèle. Dans un troisième temps, nous développons le modèle mathématique de la cristallisation du a-lactose monohydraté en mode semi-continu. Ensuite, nous passons à l'étude d'existence et d'unicité globale de solution du modèle établi. Enfin, nous présentons une étude de contrôle optimal dans le cas de la cristallisation du a-lactose monohydraté en utilisant les solveurs ACADO et PSOPT en calculant les profils optimaux de remplissage et de refroidissement. L'objectif est de conférer au produit synthétisé les spécifications voulues afin que le produit soit conforme aux cahiers de charge de l'industrie<br>In this thesis we are concerned with the mathematical modeling of crystallization processes in order to understand, simulate, optimize and control them. We first present the principles of modeling, the fundamentals of crystallization and the numerical exploitation of models of crystallization. We then discuss exemplary a mathematical model of crystallization of KCl in continuous operational mode with dissolution of fines and product classiffication. This model is described by a hyperbolic partial differential equation coupled with an integro-differential equation. To justify the theoretical model, we prove existence and uniqueness of solutions using the method of characteristics and the Banach fixed-point theorem. We then present numerical simulations of the studied processes. In a third part of the thesis we develop and present a mathematical model of solvated crystallization of a-lactose monohydrate in semi-batch operational mode. We justify the model by proving global existence and uniqueness of solutions. Finally, we study the optimal control of crystallization of a-lactose monohydrate in semi-batch mode using the solvers ACADO and PSOPT. Optimal cooling and filling strategies are computed in order to enhance the properties of the solid

L'evaluation du devenir des radioelements issus des rejets chroniques ou accidentels qui affectent l'ecosysteme de la manche est envisagee au moyen de methodes numeriques. Pour des zones peu distantes du centre de retraitement de la hague, une etude statistique permet d'etablir une relation directe entre les quantites de ruthenium-106 rejetees par l'emissaire et les concentrations de ce radioelement dans les algues marines. Pour le cas general, un modele a caractere pluridisciplinaire est developpe. Les constituants etudies sont l'environnement liquide (vecteur des radioelements), la matiere particulaire (piege a radioelements) et les macro-organismes vivants (recepteurs des radioelements). La dispersion des radioelements dans l'environnement liquide est calculee a partir de modules distincts permettant l'estimation des courants de maree (resolution du systeme de saint venant), du transport des masses d'eau et de la diffusion des radioelements. La fixation de radioelements sur la matiere particulaire est formalisee par un coefficient d'ajustement integre dans l'equation de la diffusion. Les transferts de radioelements entre la phase liquide et les organismes sont modelises a l'aide d'un systeme a compartiments; les fluctuations de la source sont prises en compte dans la formulation. L'ensemble des modeles est integre dans un systeme de calcul qui permet leur utilisation en sequence de facon automatique. Les estimations de courant et des trajectoires sont en accord avec les observations et permettent d'envisager des applications a court terme du systeme. A partir d'une double experience realisee in situ, le modele de transfert de radioelements aux organismes est valide. Les poinits qui restent a preciser sont principalement les transferts a la matiere particulaire, la calibration du systeme pour les etudes a long terme et certains facteurs a prendre en compte dans le modele de trans

Cette etude concerne des simulations numeriques de circulation hydrodynamique et de comportement de systemes pelagiques en milieu cotier mediterraneen, au moyen de modeles physique et biologique. Le modele physique s'appuie sur une resolution des equations de navier-stokes, de temperature et de salinite dans les trois dimensions d'espace avec un modele de fermeture a deux equations supplementaires pour la turbulence (modele k-e). Le modele biologique tridimensionnel est un modele d'ecosysteme caracteristique de la mer ligure, comportant cinq variables d'etat: le phytoplancton vivant et mort, l'azote inorganique dissous, les herbivores (copepodes essentiellement) et les dechets zooplanctoniques (cadavres et pelotes fecales). Les champs tridimensionnels etablis de vitesse et de dissipation sont utilises comme variable forcantes pour ce modele biologique. Une application de couplage physico-biologique est presentee sur la baie de cannes-mandelieu, dans laquelle l'ecoulement considere resulte essentiellement des effets conjugues du courant traversier liguro-provencal et du vent. Les resultats obtenus ont permis de caracteriser une forte interaction des champs dynamique et biologique. Il apparait que les structures tourbillonnaires et les forts effets tridimensionnels caracterisant le champ hydrodynamique, peuvent etre des elements de forcage importants pour l'evolution des processus biologiques

Les processus de mise en forme des toles interviennent dans l'industrie automobile pour la realisation de la plupart des pieces de structure et de carrosserie. Longtemps realises et mis au point de facon empirique, ces processus sont aujourd'hui complexifies par des imperatifs de competitivite et de delais de conception qui impliquent une meilleure maitrise des parametres technologiques influencant la reussite finale de la piece. L'objectif de ce travail est de proposer une modelisation et un code de calcul par elements finis nomme sinem2, capable de contribuer a la comprehension et a l'optimisation de ces processus, par leur simulation numerique. La modelisation est fondee sur la mecanique du contact avec frottement et la mecanique des milieux continus appliquee a des materiaux metalliques subissant de grandes transformations et dont le comportement est decrit par une loi elastoplastique anisotrope. La tole est consideree comme une coque epaisse et est maillee par des elements finis volumiques. L'outillage est modelise par des courbes de bezier et les processus simules sont decomposees en phases ou peuvent intervenir la plupart des types d'outils rencontres dans l'industrie automobile, y inclus des serre-flan courbes et des presseurs montes sur ressort a gaz. L'algorithme specifique qui a ete developpe utilise un predicteur qui determine la taille du pas de chargement par un schema explicite et une strategie de type r#m#i#n, puis un correcteur completement implicite base sur un schema de type uzawa ameliore

Ce travail porte sur l’analyse des parcours utilisateurs dans les bibliothèques numériques qui se caractérisent par des processus métier faiblement structurés. Nous allons avoir recours à la fouille de processus afin d’extraire les modèles à partir de ces parcours. Les modèles découverts permettront aux concepteurs de ces systèmes de répondre d’une manière plus efficace aux besoins des utilisateurs et à leurs présenter un ensemble de recommandations. Dans cette thèse, nous avons généré des modèles à partir des traces de navigation des utilisateurs du portail web de la bibliothèque nationale de France, Gallica. Dans un premier temps, nous avons adapté ces traces sous un format compatible avec les algorithmes de fouille de processus. Dans un second temps, nous avons regroupé ces traces. L’originalité de notre apport porte sur le regroupement des parcours similaires, en tenant compte des caractéristiques existantes dans les traces, afin d’éviter la génération des modèles complexes, souvent non exploitables, à partir de telles traces volumineuse set non structurées. Enfin, nous avons validé notre méthode sur deux jeux de données simulé et réel. Nous avons comparé notre méthode à deux méthodes inspirées des travaux existants et les résultats montrent que notre méthode surpasse celles existantes sur les deux jeux de données à la fois dans le regroupement et la modélisation<br>This research focuses on extracting users’ journeys in a digital library characterized by weakly structured business processes. In this thesis, we investigate whether it is possible to model user journeys using process mining. The discovered models allow system designers to respond more efficiently to users’ needs and to present them with a set of recommendations. For our study, we have chosen to extract the users’ journey models of the digital library Gallica, based on real traces generated by their users. First, we adapt these browsing traces in a well-defined format compatible with process mining techniques. The originality of our contribution concerns the grouping of similar paths, considering the existing characteristics in the traces, to avoid the generation of complex models, often not exploitable, from such voluminous and unstructured traces. Finally, we validate our method on two simulated and real data sets. We compare our method to two other methods inspired by existing works. The results show that our method outper forms the existing ones on both datasets in clustering and modeling

Les roches mères marines présentent des hétérogénéités spatiales et temporelles de répartition et de qualité. Leur dépôt et leurs variations sont des phénomènes complexes résultant de l’interaction de plusieurs processus. Ces derniers ont fait l’objet de nombreuses études, mais le débat sur leurs impacts relatifs reste vif. L’évolution des outils de modélisation numérique permet désormais une approche quantitative et ouvre la voie à l’étude des couplages entre ces processus. La bonne connaissance géologique acquise sur les bassins sédimentaires du Jurassique inférieur d’Europe et la présence de plusieurs niveaux de roche mère en font un cas idéal pour caractériser les processus gouvernant la distribution de la matière organique (MO). Cette thèse présente l’étude et la modélisation numérique de ces bassins qui ont permis de déterminer l’influence relative des facteurs de contrôle de la distribution de la MO à différentes échelles. Ces travaux apportent de nouveaux éléments au débat portant sur le rôle relatif de ces processus. L’impact primordial de la morphologie des bassins mis en avant va à l’encontre de la littérature dominante dans laquelle la production et la conservation de la MO occultent les autres facteurs. Ces deux processus jouent à l’évidence un rôle important, mais les modalités de leur expression sont entièrement dépendantes de la morphologie des bassins. L’ensemble de ces travaux met en avant la nécessité d’élargir le débat pour une meilleure compréhension de la distribution globale des roches mères, en testant la même approche modélisatrice sur d’autres intervalles riches en MO, dans d’autres contextes paléogéographiques et pour d’autres types de kérogène<br>Marine source-rocks have heterogeneities both in their distribution and quality over time and space. The deposition of these organic-rich sediments and their variations are complex phenomena resulting from the convergence of several processes which were the subject of many studies. However, the debate on their relative roles and impacts remains strong. The evolution of numerical modelling tools now allows a quantitative approach and new studies about the interaction between these processes. Because of their general context and the presence of several source-rocks, the Lower Jurassic sedimentary basins of Europe are an ideal case to characterize the processes governing the distribution of organic matter (OM). This thesis present the study and the numerical modelling of these basins which allowed to determine the relative influence of the control factors of the OM distribution at various scales. These works bring new elements into the debate about the relative role of these processes. The primary impact of the basin morphology highlighted by these works goes against the dominant literature in which the production and preservation of OM conceal the other factors. Both of these processes obviously play an important role in the distribution of organic-rich layers, but their setting are entirely dependent on the basin morphology. All this work highlights the need to widen the debate for a better understanding of the source rock global distribution, by using the same modelling approach with others organic-rich intervals, others palaeogeographic contexts and for others kind of kerogens

Les roches mères marines présentent des hétérogénéités spatiales et temporelles de répartition et de qualité. Leur dépôt et leurs variations sont des phénomènes complexes résultant de l’interaction de plusieurs processus. Ces derniers ont fait l’objet de nombreuses études, mais le débat sur leurs impacts relatifs reste vif. L’évolution des outils de modélisation numérique permet désormais une approche quantitative et ouvre la voie à l’étude des couplages entre ces processus. La bonne connaissance géologique acquise sur les bassins sédimentaires du Jurassique inférieur d’Europe et la présence de plusieurs niveaux de roche mère en font un cas idéal pour caractériser les processus gouvernant la distribution de la matière organique (MO). Cette thèse présente l’étude et la modélisation numérique de ces bassins qui ont permis de déterminer l’influence relative des facteurs de contrôle de la distribution de la MO à différentes échelles. Ces travaux apportent de nouveaux éléments au débat portant sur le rôle relatif de ces processus. L’impact primordial de la morphologie des bassins mis en avant va à l’encontre de la littérature dominante dans laquelle la production et la conservation de la MO occultent les autres facteurs. Ces deux processus jouent à l’évidence un rôle important, mais les modalités de leur expression sont entièrement dépendantes de la morphologie des bassins. L’ensemble de ces travaux met en avant la nécessité d’élargir le débat pour une meilleure compréhension de la distribution globale des roches mères, en testant la même approche modélisatrice sur d’autres intervalles riches en MO, dans d’autres contextes paléogéographiques et pour d’autres types de kérogène<br>Marine source-rocks have heterogeneities both in their distribution and quality over time and space. The deposition of these organic-rich sediments and their variations are complex phenomena resulting from the convergence of several processes which were the subject of many studies. However, the debate on their relative roles and impacts remains strong. The evolution of numerical modelling tools now allows a quantitative approach and new studies about the interaction between these processes. Because of their general context and the presence of several source-rocks, the Lower Jurassic sedimentary basins of Europe are an ideal case to characterize the processes governing the distribution of organic matter (OM). This thesis present the study and the numerical modelling of these basins which allowed to determine the relative influence of the control factors of the OM distribution at various scales. These works bring new elements into the debate about the relative role of these processes. The primary impact of the basin morphology highlighted by these works goes against the dominant literature in which the production and preservation of OM conceal the other factors. Both of these processes obviously play an important role in the distribution of organic-rich layers, but their setting are entirely dependent on the basin morphology. All this work highlights the need to widen the debate for a better understanding of the source rock global distribution, by using the same modelling approach with others organic-rich intervals, others palaeogeographic contexts and for others kind of kerogens

Ce travail est consacré à l'étude du système Vlasov-poisson, stationnaire et non-relativiste, dans deux régimes particuliers. Le premier est le régime de Child-Langmuir, ou limitation de courant par charge d'espace, pour lequel un modèle approche est proposé. La convergence de ce modèle vers le régime de Child-Langmuir est établie en une dimension d'espace. Il est ensuite généralise en deux dimensions, ou un nouvel algorithme de calcul numérique du courant de Child-Langmuir est proposé et mis en oeuvre. Le second concerne l'extraction d'un faisceau d'ions depuis un plasma neutre. Là encore, un modèle approche du phénomène est proposé, puis sa convergence vers le modèle asymptotique, déjà établi par ailleurs, est prouvée en une dimension. Le modèle approche est généralise en deux dimensions, et un algorithme permettant de calculer la surface de séparation entre le plasma et le faisceau est expose et mis en oeuvre. Ces deux régimes font appel à l'optimisation du système Vlasov-poisson par rapport à un paramètre (courant émis ou surface d'émission), et nécessitent une condition d'injection monocinétique. C'est pourquoi on a également étudie les solutions mesures de l'équation de Vlasov et de sa dérivée.

Quand un rayon laser traverse un milieu turbulent chauffe, les inhomogeneites thermiques au sein de ce milieu entrainent des inhomogeneites dans la repartition spatio-temporelle de l'indice de refraction optique. Il s'ensuit que le rayon doit subir des fluctuations d'amplitude, de phase et de direction. Notre etude prend en compte seulement les fluctuations de direction. La modelisation numerique de la propagation d'un rayon laser dans un milieu turbulent chauffe repose sur l'equation d'einstein-fokker-plank-kolmogorov, qui est basee sur les processus aleatoires de markov et sur l'approximation de l'optique geometrique. Ce modele permet de calculer un coefficient de diffusion relatif a l'indice de refraction, qui contribue a la mesure des valeurs efficaces locales des fluctuations de temperature et plus generalement de masse volumique dans un milieu turbulent chauffe ou le coefficient de diffusion varie le long de la traversee du rayon laser. Pour valider ces resultats numeriques, on a compare dans le cas du jet plan avec les resultats obtenus experimentalement

Cette thèse de recherche en art se déploie dans deux dimensions principales intimement liées, l’une épistémologique et l’autre artistique. Premièrement, du point de vue épistémologique, elle est l’expression du continuum entre théorie et pratique. Elle pose l’hypothèse que le méta-art initié par deux artistes : Adrian Piper dans les années 1970 et Jean-Paul Thibeau dans les années 1990, constitue la méthode idoine pour expliciter et analyser l’expérimentation artistique. Le programme théorico-pratique que nous avons conçu s’articule sur deux registres de textes : les récits d’expérience relatant quatre projets (Genius Loci Monflanquin, Genius Loci Aix, Genius Loci Villeneuve, Genius Loci UBUBM) et les commentaires analytiques relatifs aux récits d’expérience (« Comment représenter le mouvement ? », « Comment l’écosophie permet-elle d’éclairer les pratiques artistiques qui investissent le quotidien comme situation d’expérimentation ? », « Comment prendre une décision ? », et « Comment ménager des passes au milieu du milieu ? »). Deuxièmement, du point de vue artistique, cette thèse ouvre un espace d’expérimentation pour la création de l’Atlas Genius Loci. Les situations de chantier à partir desquelles nous avons travaillé (en particulier ceux des universités bordelaises) nous ont amené à pratiquer une recherche-création sur des terrains de vie concrets et à mettre en œuvre des processus de coopération artistique avec des maîtres d’ouvrage et des institutions. À partir d’une interrogation sur les articulations possibles entre l’art et les pratiques architecturales de l’industrie du bâtiment (Building Information Modelling), notre Atlas est devenu un « processus mésologique », un travail d’inter-relation au sein d’un milieu, construisant une présence-alliance entre une artiste et une institution. Le prolongement de cette recherche-création, où le terrain-milieu d’où l’on parle est à la fois explici-té dans sa matérialité et impliqué dans l’expérimentation, s’inscrit dans l’héritage de l’analyse institutionnelle (sociologie) et de la critique institutionnelle (art) pratiquée dès les années 1970. L’enjeu de ce travail porte sur les engagements contemporains de l’artiste dans la société, et réciproquement, sur la place que celle-ci réserve à l’art, il rend compte de la singularité de la recherche en art, et de la façon dont elle ouvre aujourd’hui des perspectives originales pour l’alliance du monde académique avec la société civile<br>This research thesis in art unfolds in two main and closely linked dimensions, one epistemological and the other artistic. Firstly, from an epistemological point of view, it is the expression of the continuum between theory and practice. It hypothesizes that meta-art initiated by two artists: Adrian Piper in the 1970s and Jean-Paul Thibeau in the 1990s, defines the right method to explicit and analyse the artistic experimentation. This theoretical-practical program is carried out through the writing of two kinds of texts: the experience accounts of our projects (Genius Loci Monflanquin, Genius Loci Aix, Genius Loci Villeneuve, Genius Loci UBUBM) and the analytical comments ("How to represent movement? ", " How can ecosophy shed light on the artistic practices that take place in everyday life as a experimentation situation? ", "How to make a decision? ", and "How to build a pathway to the heart of a living environment?”). Secondly, from an artistic point of view, this thesis opens up a space for experimentation on the creation of the Atlas Genius Loci. The "construction site situations" from which we have worked (in particular those with Bordeaux universities) have led us to practice a research-creation on tangible living environments, and to pursue artistic cooperation with project owners and institutions. With the possible links between art and architecture (Building Information Modeling) as a starting point, our Atlas has become a "mesological process" claiming a presence-alliance between an artist and an institution. The extension of this research-creation, where the field-environment from where one speaks is both explicit in its materiality and involved in the experimentation, is part of the legacy of institutional analysis (sociology) and institutional criticism (art) practiced since the 1970s.The contemporary commitment of the artist in society, and reciprocally, the place that society gives to art, expresses the singularity of the artistical research, and the way that it now opens up original perspectives for the alliance of the academic world with civil society

.Le transport de soluté en présence de biofilms en milieux poreux est un problème rencontré dans de nombreuses applications industrielles (biofiltration des eaux usées et traitement de polluants atmosphériques notamment). En termes de modélisation, l'interaction entre biologie, hydrodynamique et chimie reste difficile à comprendre aux échelles les plus fines: cela a conduit à une large utilisation de modèles macroscopiques, plus simple à manipuler. Cependant, la question consiste à écrire des modèles macroscopiques suffisamment complexes pour prendre en compte les processus pertinents représentant le couplage entre développement de la biomasse et fonctionnement du système, mais suffisamment simple pour une utilisation opérationnelle. Cette thèse s’est focalisée sur certains processus qui régissent le comportement macroscopique de tels systèmes. Nous avons étudié la modélisation de la réduction de la perméabilité induite par le développement du biofilm. Un modèle incorporant deux processus caractéristiques du colmatage (réduction de la taille pores et formation de « plugs ») a été développé. Ce modèle a été évalué pour une large gamme de données expérimentales. Une autre partie porte sur les processus d’adhésion initiale de la biomasse, processus important pour caractériser l’état initial du système. Sous l’hypothèse que les cellules bactériennes peuvent être traitées comme des colloïdes non rigides, une nouvelle corrélation a été développée pour estimer l’efficacité d’attachement des bactéries. Cette corrélation est basée sur l'analyse d'un large éventail de données expérimentales pour des conditions variées en termes d'électrolyte, débit et géométrie des milieux poreux, et introduit de nouveaux paramètres adimensionnels pour représenter les effets couplés des forces de Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO), des forces hydrodynamiques et prendre en compte la géométrie des milieux poreux. Ces processus ont été introduits dans un modèle 1D développé pour la simulation numérique du transport de soluté en présence de biofilm dans un milieu poreux. Une autre question importante dans ce modèle était de représenter correctement le processus détachement de biofilm. Un autre trait distinctif de notre modèle est une tentative de rendre compte du processus de «sloughing» dans la modélisation du détachement de biofilm. Le « sloughing » est un processus différent de l'érosion, phénomène continu, et qui correspond à une élimination discrète d'une grande fraction de biofilm.Dans cette étude, le phénomène de « sloughing » a été incorporé séparément etodélisé comme un processus stochastique. Des simulations numériques ont été effectuées en utilisant OpenFoam pour implémenter le modèle. Des simulations avec et sans le terme de « sloughing » ont été effectuées et discutées dans le cadre des données de la littérature disponibles<br>Solute transport coupled with biofilm growth in porous media is encountered in many engineered applications, for instance biofiltration of wastewater and air pollutant treatment. In terms of modelling, the interaction between biology, hydrodynamic and chemistry are still difficult to understand at the fine scale: that led to a wide dissemination of macroscopic model, simpler to handle. However, one issue consists in providing a macroscopic model complex enough to take into account the relevant processes accounting for the coupling between the biomass development and system functioning, but simple enough for operational use. This thesis focused on few selected processes that influence the macroscopic behavior of such system. First, we investigated the permeability reduction modeling accounting for biofilm development. A model including two features that result in permeability reduction (pore radius reduction and pore plugging) was developed. This model was assessed in a wide range of experimental data. Another part of the thesis focused on the initial biomass attachment that is an important feature to characterize the system initial state. Following the concept that bacterial cell can be treated as soft colloids, a new correlation equation was developed to estimate the bacteria attachment efficiency. This correlation is based on the regression analysis of a wide range of experimental data of colloid deposition in various electrolyte conditions, flowrates and geometries of porous media. New dimensionless parameters have been introduced to represent the coupled effects of Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) forces, hydrodynamic forces and to account for geometry of porous media. These features were introduced in a 1D dimensional model that have been developed for the numerical simulation of solute transport coupled with biofilm growth. An important issue in this model was to properly represent biofilm detachment. Another distinctive feature of our model is an attempt to account for the “sloughing” process in modeling biofilm detachment. Sloughing is a different process than erosion which corresponds to a discrete removal of large fraction of biofilm. In this study, biofilm sloughing has been separately accounted in the numerical modeling porous media bioclogging. Biofilm sloughing was considered as a stochastic process and quantified by random generator. So this discrete events could be incorporated into other continuous processes to determine the biomass transfer from biofilm to the liquid phase. Numerical simulations have been performed using OpenFoam to implement the model. Simulation with and without the sloughing term were performed and discussed in the frame of available literature data

Le sujet de cette thèse de doctorat est l'étude de divers aspects liés à l'approche markovienne dans le cadre des études de fiabilité.<p><p>La première partie de cette thèse concerne Ia modélisation d'installations industrielles et la construction de la matrice de transition. Le but poursuivi est le développement d'un code markovien permettant une description réaliste et aisée du système. Le système est décrit en termes de composants multiétats :pompes, vannes .<p>La définition d'une série de règles types permet l'introduction de dépendances entre composants. Grâce à la modélisation standardisée du système, un algorithme permettant la construction automatique de la matrice de transition est développé. L'introduction d'opérations de maintenance ou d'information est également présentée.<p><p>La seconde partie s'intéresse aux techniques de réduction de la taille de la matrice, afin de rendre possible le traitement de grosses installations. En effet, le nombre d'états croit exponentiellement avec le nombre de composants, ce qui limite habituellement les installations analysables à une dizaine de composants. Les techniques classiques de réduction sont passées en revue :<p>accessibilité des états,<p>séparation des groupes de composants indépendants,<p>symétrie et agrégation exacte des états (cfr Papazoglou). Il faut adapter la notion de symétrie des composants en tenant compte des dépendances pouvant exister entre composants.<p><p>Une méthode d'agrégation approchée pour le calcul de la fiabilité et de la disponibilité de groupes de composants à deux états est développée.<p><p>La troisième partie de la thèse contient une approche originale pour l'utilisation de la méthode markovienne. Il s'agit du développement d'une technique de réduction basée sur le graphe d'influence des composants. Un graphe d'influence des composants est construit à partir des dépendances existant entre composants. Sur base de ce graphe, un système markovien non homogène est construit, décrivant de manière approchée le comportement du système exact. Les résultats obtenus sur divers exemples sont très bons.<p><p>Une quatrième partie de cette thèse s'intéresse aux problèmes numériques liés à l'intégration du système différentiel du problème markovien. Ces problèmes résultent principalement du caractère stiff du système. Différentes méthodes classiques sont implantées pour l'intégration du système différentiel. Elles sont testées sur un exemple type de problème de fiabilité.<p><p>Pour finir, on trouve la présentation du code CAMERA dans lequel ont été implantées les différentes techniques présentées ci-dessus.<p><br>Doctorat en sciences appliquées<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse présente des modèles probabilistes et déterministes de rupture et des phénomènes de branchement, on étudie : les processus de branchement à valeurs mesures et leur EDP non linéaires, les processus de Markov de la subordination au sens de Bochner sur les espaces Lp, et les EDP non linéaires liées au déclenchement des avalanches. La première partie présente les aspects stochastiques. On utilise plusieurs outils théoriques, analytiques et probabilistes de la théorie du potentiel. D'abord, on construit des processus de branchement (de Markov) sur l'ensemble des configurations finies de l'espace d'état d'un processus standard, contrôlés par un noyau de branchement et un noyau tuant. On établit des connexions avec les équations différentielles partielles liées aux fonctions de transition d'un processus de branchement. Si on part d'un super processus, on obtiendra un processus de branchement ayant l'espace d'état des configurations finies de mesures positives finies sur un espace topologique. L'outil principal pour démontrer la régularité des trajectoires d'un processus de branchement est l'existence des fonctions sur-harmoniques convenables, ayant les niveaux compacts. Ensuite, on démontre que la subordination induite par un semi-groupe de convolution (la subordination au sens de Bochner) d'un C0 -semi-groupe d'opérateurs sous-markoviens sur l'espace Lp est associée à la subordination de processus droit de Markov. En conséquence, on résout le problème des martingales associé au Lp –générateur infinitésimal d'un semi-groupe subordonné. Il s'avère qu'un élargissement de l'espace de base est nécessaire. La principale étape de la preuve est la préservation sous une subordination de la propriété d'un processus de Markov d'être un processus droit borélien. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la modélisation du déclenchement d'une avalanche d'un matériau viscoplastique de faible épaisseur (sols, neige ou autre géo-matériaux) sur une surface avec topographie (montagnes, vallées). On introduit un critère simple, déduit d'un problème d'optimisation (analyse de la charge limite), capable de distinguer si une avalanche se produit ou pas. Comme la fonctionnelle de dissipation plastique est non régulière et non coercitive dans les espaces de Sobolev classiques, on utilise l'espace des fonctions à déformation tangentielle bornée, pour prouver l'existence d'un champ de vitesse optimal, associé au déclenchement d'une avalanche. La fracture du matériau pendant la phase de déclenchement est modélisée par une discontinuité de ce champ de vitesse. On propose aussi une stratégie numérique, sans maillage, pour résoudre le problème de charge limite et pour obtenir la fracture de déclenchement. Enfin, l'approche numérique proposée est illustrée par la résolution de certains problèmes modélisant le déclenchement des avalanches<br>The thesis presents probabilistic and deterministic models for rupture and branching type phenomena,by studying: measure-valued discrete branching processes and their nonlinear PDEs, the Markov processes of the Bochner subordinations on Lp spaces, and the nonlinear PDEs associated to the flow onset of dense avalanches. The first part presents the stochastic aspects. Several analytic and probabilistic potential theoretical tools are used. First, it is given a construction for the branching Markov processes on the space of finite configurations of the state space of a given standard process (called base process), controlled by a branching kernel and a killing one. There are established connections with the nonlinear partial differential equations associated with the transition functions of the branching processes. When the base process is the Brownian motion, then a nonlinear evolution equation involving the square of the gradient occurs. Starting with a super process as base process, the result is a branching process with state space the finite configurations of positive finite measures on a topological space. A key tool in proving the path regularity of the branching process is the existence of a convenient super-harmonic function having compact level sets. Second, it is shown that the subordination induced by a convolution semi-group (the subordination in the sense of Bochner) of a C0 –semi-group of sub-Markovian operators on an Lp space is actually associated to the subordination of a right (Markov) process. As a consequence, it is solved the martingale problem associate with the Lp -infinitesimal generator of the subordinate semi-group. It turns out that an enlargement of the base space is necessary. A main step in the proof is the preservation under such a subordination of the property of a Markov process to be a Borel right process. The second part of the thesis deals with the modeling of the onset of a shallow avalanche (soils, snow or other geo-materials) over various bottom topologies (mountains, valleys). Starting from a shallow viscoplastic model with topography, a simple criterion able to distinguish if an avalanche occurs or not, is introduced. This criterion is deduced from an optimization problem, called limit load analysis. The plastic dissipation functional involved is non-smooth, and non coercive in the classical Sobolev spaces. The appropriate functional space is the space of bounded tangential deformation functions and the existence of an onset velocity field (collapse flow) is proved. To propose a numerical strategy, a mesh free method is used to reduce the limit load problem to the minimization of a shape dependent functional. The collapse flow velocity field, which is discontinuous, is associated to an optimum sub-domain and to a rigid flow. Finally, the proposed numerical approach is illustrated by solving some safety factor problems associated to avalanche onset

Les remblais argileux sont fréquemment exposés à des cycles de séchage et d'humidification. Ce mémoire analyse les effets de ces cycles sur le comportement observé de deux ouvrages expérimentaux en sols argileux non saturés. Les sols ont été caractérisés en laboratoire, puis le comportement des remblais a été modélisé en éléments finis (module CSNS de CESARLCPC). Les développements numériques effectués pour améliorer la modélisation numérique de la consolidation des sols non saturés ont été validés.

Cette thèse porte sur l'étude du mélange dans les jets supersoniques à l'aide d'une simulation numérique instationnaire. Ce travail comporte trois parties : dans la première un nouveau schéma numérique de capture de choc baptisé Triade est proposé. Il est validé sur un cas d'interaction entre un choc et un champs sinusoïdal de densité, puis sur un cas de THI compressible, et enfin sur une couche de mélange temporelle 2D et 3D. Dans la seconde partie l'approche semi-déterministe couplée avec des conditions de réalisabilité est étudiée. L'effet des conditions de réalisabilité ainsi que celui de l'initialisation du modèle K- sont examinés sur une couche de mélange supersonique 2D. La dernière partie porte sur une simulation d'un jet 3D à Re=2 10 5. Aucun modèle sous-maillé explicite n'est utilisé. Une analyse de stabilité linéaire est menée. Le mélange est abordé d'un point de vue qualitatif. Un parallèle est fait avec les structures tourbillonnaires d'un jet à basse vitesse.

Les conséquences induites par la coupe, en termes de contraintes résiduelles, dépendent fortement des conditions opératoires et de l'évolution de l'usure des outils de coupe. Cette usure est en effet un phénomène complexe à étudier du fait de la multitude de ses origines notamment physico-chimiques (affinités entre certains matériaux constituants du couple plaquette/ pièce, etc.) ou thermo-mécaniques (abrasion, diffusion, adhésion, etc.). Egalement, l’usure des outils de coupe induit un impact considérable sur le déroulement de l’opération de coupe : augmentation des efforts de coupe, des vibrations… Dans ce contexte, ce projet de thèse a pour but d’élaborer un modèle de coupe par éléments finis, sous le code de calcul ABAQUS©, permettant de simuler l’usure des outils de coupe. Il s’intéresse au cas de la coupe orthogonale de l’acier faiblement allie 42CrMo4, très utilisé dans le milieu industriel, et ce par un outil en carbure de tungstène non-revêtu. Le fait que l’usure de l’outil se manifeste au bout de quelques minutes d’usinage nécessite le développement en amont d’une procédure permettant d’augmenter la durée d’usinage simulée : Modélisation baptisée « verticale ». L’usure est, en effet, prise en compte par l’implémentation de la loi d’Archard. Pour ce faire, une stratégie de modélisation alliant ABAQUS/explicit© et l’outil de programmation python© a été mise en oeuvre. Elle repose sur la relocalisation des noeuds de la surface de l’outil après calcul des profondeurs d’usure via la loi d’Archard. Cette dernière dépend de la pression de contact et des vitesses de glissements à la surface de l’outil et d’un coefficient d’usure k. Ce dernier est déterminé via des essais d’usure expérimentaux<br>The quality of finished products is one of the most important concerns of manufacturers. In fact, surface integrity is strongly related to several machining parameters such as cutting conditions, environment and especially tool wear evolution. The latest has been the subject of many researches during last decades but the majority of them were based on experimental tests and still valid for restricted cutting conditions. The lack of efficient models to simulate tool wear is explained by the fact that it is a complicated phenomenon to deal with due to different origins it can result from (abrasion, diffusion, adhesion…). In this context, the main purpose of the proposed research work is to develop a Finite Element Model based on the commercial code ABAQUS© to simulate wear phenomenon of an uncoated tungsten carbide tool insert. The study focuses on the case of orthogonal cutting operation of AISI 4140 and studies the impacts of tool wear on final functional surface integrity. The developed cutting model is based on a lagrangian description of the mesh movement. A damageable zone in the workpiece is considered to simulate the chip formation. Since tool wear occurs after several minutes, a procedure to increase the machining time simulated, named “VErtical Modeling of CUTting” (VEMCUT), is developed. The wear occurred on tool insert is taken into account by the implementation of the Archard law in Abaqus. Wear depth values are computed on each node of tool surface then a procedure for tool nodes relocation is applied. Wear coefficient needed for calculation is determined via non-lubricated experimental wear tests

La première partie de la thèse aborde la modélisation expérimentale de l'écoulement monophasique dans une fracture unique de granit. Différentes méthodes de mesure ont été développées pour déterminer le champ d'ouverture entre les deux faces de la fracture. Des visualisations directes ont montré l'influence de l'hétérogénéité du champ d'ouverture sur l'écoulement. Des mesures hydrauliques ont permis la mesure de la conductance hydraulique en faisant varier les effets inertiels. La comparaison de cette mesure avec les calculs obtenus à partir d'une loi cubique locale est discutée. La seconde partie de la thèse est consacrée à la modélisation numérique du transport réactif. Deux méthodes numériques ont été développées. La première est associée à une formulation particulaire de suivi lagrangien. L'autre utilise une description microscopique du transport associée à une équation maîtresse. La comparaison entre les deux méthodes est menée et discutée sur trois exemples.

L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation<br>Hillslope evolution results from the combined action of weathering and sediment transport processes, which are thought to be both influenced by climate. Yet, the strength and nature of the connection between climate and hillslope erosion remain poorly understood at a quantitative level. In this study, we present a new numerical model of soil production and transport, which aims to better represent, at different time scales, the climate control on soil transport. The numerical model operates at the scale of a single hill and predicts the rates of soil thickness and elevation change, by using a simple parametrization of soil production and a multi-process parametrization of soil transport which includes climate-dependent variables (overland flow discharge and active-layer depth). Simple ground heat transfer and water balance models are used for calculating these variables from time-series of precipitation and temperature. The behaviour of the model has been studied through a few simulation examples and sensitivity analysis. The results highlight the importance of considering multi-process parameterization of soil transport when modelling the response of the hillslope system to climate variations, as these results display significant differences on how each transport process behaves under various climatic conditions and on how each process affect the evolution of the system. Our numerical model has also been combined with an inversion scheme (Neighbourhood Algorithm) to extract quantitative information on the evolution of hillslopes in the Ardenne (Belgium, NW Europe) during the Last Glacial-Interglacial Cycle, using a simple climatic scenario and a unique set of topographic and soil thickness data. Model predictions based on inversion results are consistent with independent observations on hillslope morphology and cosmogenic nuclide-derived erosion rates, although the inversion results show that soil production and transport rates under both the cold and warm phases of the last climatic cycle cannot be fully constrained by the present-day soil thickness distribution. The inversion results suggest that soil transport is by far more efficient during the cold climatic phase than during the warm phase, resulting in the succession of weathering-limited (cold phase) and transport-limited (warm phase) systems. Maximum soil transport rates are predicted during the transitions between the cold-warm phases. The results also suggest that a soil thickness dynamic equilibrium has been recently reached on convex regions of the hillslopes, while shallow soils found in convergent areas may be the relics of the soil thickness distribution that formed during the cold phase

Cette thèse est consacrée à la modélisation markovienne et l'optimisation numérique pour la restauration des signaux en (1D) et (2D) bruités par un bruit blanc gaussien centré. Le principe du modèle markovien exploite le champ de Markov et de Gibbs sur des graphes finis via le théorème d'Hammersley Clifford. Le signal restauré est estimé au sens du critère du maximum a posteriori (MAP), qui conduit à un problème d'optimisation globale mixte, non convexe et de très grande taille, réputé très difficile. Plusieurs méthodes ont été proposées notamment le recuit simulé (SA), le graduted non convexity (GNC) et le recuit par champ moyen (MFA) introduits respectivement par (GG84), (BLA87) et (GEI89). Nous proposons des variantes de GNC 1er et 2eme ordre et surtout un nouvel algorithme que nous appelons balayage par position de discontinuité (BPD). Ce nouvel algorithme s'inspire des méthodes de coupe énumérative en optimisation combinatoire. Il se démarque des autres algorithmes cités par sa nature parallélisable, sa rapidité et sa facilite pour le choix des paramètres de lissage et de sensibilité. Ainsi, par exemple, dans le cas du signal en (1D) un traitement assisté ou automatique est proposé selon le degré de connaissance du signal à restaurer. De plus la souplesse de l'algorithme BPD permet d'introduire d'autres types de fonctions d'énergie élargissant le champ des applications (applications contour-image).

L'objet de cette thèse est d'étudier une certaine classe de processus de Markov, dits déterministes par morceaux, ayant de très nombreuses applications en modélisation. Plus précisément, nous nous intéresserons à leur comportement en temps long et à leur vitesse de convergence à l'équilibre lorsqu'ils admettent une mesure de probabilité stationnaire. L'un des axes principaux de ce manuscrit de thèse est l'obtention de bornes quantitatives fines sur cette vitesse, obtenues principalement à l'aide de méthodes de couplage. Le lien sera régulièrement fait avec d'autres domaines des mathématiques dans lesquels l'étude de ces processus est utile, comme les équations aux dérivées partielles. Le dernier chapitre de cette thèse est consacré à l'introduction d'une approche unifiée fournissant des théorèmes limites fonctionnels pour étudier le comportement en temps long de chaînes de Markov inhomogènes, à l'aide de la notion de pseudo-trajectoire asymptotique<br>The purpose of this Ph.D. thesis is the study of piecewise deterministic Markov processes, which are often used for modeling many natural phenomena. Precisely, we shall focus on their long time behavior as well as their speed of convergence to equilibrium, whenever they possess a stationary probability measure. Providing sharp quantitative bounds for this speed of convergence is one of the main orientations of this manuscript, which will usually be done through coupling methods. We shall emphasize the link between Markov processes and mathematical fields of research where they may be of interest, such as partial differential equations. The last chapter of this thesis is devoted to the introduction of a unified approach to study the long time behavior of inhomogeneous Markov chains, which can provide functional limit theorems with the help of asymptotic pseudotrajectories

Les interactions entre les processus tectoniques et l’érosion ont été peu étudiées à des échelles de temps courtes (&lt; 1000 ans). Cependant, les séismes peuvent activement contribuer à l’érosion des chaînes de montagne en déclenchant de nombreux glissements de terrain. Des études récentes ont également montré que ces grands événements érosifs pourraient engendrer des changements de contraintes suffisants à proximité des failles actives pour modifier la sismicité régionale. Dans cette thèse, cette problématique a été abordée via une approche numérique. Dans un premier temps, le développement d’un modèle simple de glissements de terrain prenant en compte la topographie des versants a permis de démontrer le rôle des paramètres mécaniques (cohésion et friction), et de la forme des versants sur la distribution de taille des glissements de terrain. Ce modèle a été validé à l’aide de cas naturels de glissements de terrain co-sismiques. Dans un deuxième temps, le rôle de la forme finie des versants sur la probabilité de grands glissements de terrain a été démontrée en se basant sur des données. Enfin, dans un troisième temps, le potentiel effet d’un grand évènement érosif sur la sismicité a été exploré à l’aide d’un modèle numérique de cycle sismique dans lequel ont été implémentées des variations temporelles de la contrainte normale sur la faille. Les résultats mettent en évidence le rôle du volume de sédiments, mais aussi de leur temps d’export. En particulier, les paysages caractérisés par une hauteur unstable des versants importante pourraient, en favorisant de grands glissements de terrain, induire une érosion assez importante et rapide pour modifier de façon significative la sismicité régionale<br>Interactions between tectonic processes and erosion have been poorly investigated at short time-scales (&lt;1000 years). However, earthquakes can largely contribute to the erosion of mountain belts by triggering widespread landsliding. Moreover, recent studies have shown that such large erosional events could induce stress changes in the fault environment efficient enough to influence regional seismicity. In this thesis, this problematic is tackled through a numerical approach. Firstly, the development of a simple mechanical model accounting for the complexity and variability of natural hillslopes allowed to demonstrate the role of mechanical parameters (cohesion and friction), and of hillslope shape in the probability density function of landslide sizes. This model has been validated using natural cases of co-seismic landsliding. Secondly, the role of unstable hillslope height on large landslide probability has been demonstrated based on natural data, and the exponential distribution of this unstable height has ben shown. Finally, the potential effect of a large erosional event on seismicity has been explored with a numerical model of seismic cycle, in which has been implemented temporal normal stress variations. The results emphasize the role of eroded sediment volume, but also of the export time of sediments away from the mountain belt. In landscape with high unstable hillslopes, large landslides are favored and in turn, could induce fast an important enough erosion to modify regional seismicity

L'Afrique de l'Ouest a subi au cours des 50 dernières années une des plus fortes variations de pluviométrie observées à l'échelle du globe. Nous nous intéressons ici aux incertitudes liées à la modélisation des changements climatiques récents et à venir sur cette région. Dans un premier temps nous étudions l'impact du changement climatique anthropique sur les précipitations d'Afrique de l'Ouest dans différents modèles couplés. Dans une seconde partie, des développements du modèle de surface ORCHIDEE sont inclus pour améliorer la représentation du cycle de l'eau Africain dans des simulations forcées. Ces développements permettent de détailler les différentes sources d'incertitudes dans la simulation moyenne des débits de fleuves. En dernier lieu, la représentation des débits de fleuves Africains est évaluée sur les 50 dernières années. Elle met en valeur la prépondérance de la variabilité du forçage atmosphérique devant l'impact de l'activité anthropique dans la relation pluie-débit.

Ce travail de thèse a pour ultime objet la contribution à des travaux scientifiques nécessaires à l'amélioration de la connaissance des processus photochimiques, radiatifs et de transport régissant l'évolution des espèces minoritaires et de l'ozone atmosphérique. Les travaux et les résultats de recherche reportés dans ce document sont focalisés sur le développement, la mise en oeuvre, la validation de trois catégories de modèles numériques de l'atmosphère. Ils sont constitués par un modèle photochimique ou de boîte ; un modèle unidimensionnel diffusif et photochimique ; et un modèle tridimensionnel dynamique et de transport des composés chimiques avec variations diurnes à l'échelle du globe. La stratégie consiste à coupler le modèle de boîte intégrant un mécanisme cinétique approprié avec chacun des modèles. Les résultats numériques sont par la suite confrontés: aux mesures existantes de concentration des espèces chimiques obtenues dans le cadre de campagnes de lancements de ballons stratosphériques ; aux observations effectuées à partir de la surface du globe ; et finalement aux données satellitaires. Ces travaux sont complétés par l'introduction de nouvelles valeurs des sections efficaces d'absorption de quelques espèces (pour la photolyse) et de nouvelles valeurs de constantes cinétiques (pour les réactions chimiques) mesurées en laboratoire. En particulier, uns des ultimes objectifs de ce travail consistent à mettre en oeuvre le modèle tridimensionnel (3D) à variations diurnes cité précédemment, et à confronter les résultats aux observations satellitaires chimiques existantes pour une période précise. A moyen terme, le modèle 3D sera appliqué pour l'interprétation des futures observations effectuées depuis l'espace dans le cadre de la nouvelle mission spatiale UARS de la NASA (" Upper Atmospheric Research Satellite "). Le lancement du satellite, prévu en 1991, aura pour mission, l'observation des variations spatio-temporelles de la concentration des composés chimiques et de certains paramètres physiques et radiatifs dans les trois couches atmosphériques : la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère. La mission est dédiée à l'étude des espèces ayant un rôle majeur sur la destruction de la couche d'ozone polaire et à l'évolution du climat sous l'influence des gaz à effet de serre. L'évolution temporelle de la position du satellite autour de son orbite permettra d'en extraire les variations diurnes des composés aux mêmes heures TU et aux mêmes endroits, permettant l'application et la mise en oeuvre du modèle de boîte pour la compréhension des processus. Parmi les autres objectifs de cette thèse, les points suivants sont traités en détail: 1) Le développement d'une méthode numérique novatrice pour la résolution d'un ensemble d'équations de continuité non linéaires et couplées des espèces chimiques. Par la suite, La méthode est analysée et évaluée numériquement, comparée aux techniques standard existantes et intégrée dans chacun de ces 3 modèles. La formulation de la technique numérique doit être standard et facilement adaptable à n'importe quels systèmes d'équations d'évolution des espèces associées à de mécanismes cinétiques et pour n'importe quelle partie de l'atmosphère. La méthode doit résoudre, sans paramétrisation, les variations diurnes des composés dues aux effets de l'évolution très rapide spatiotemporelle de la photolyse aux zones de coucher et lever du soleil, et parfois aux conséquences de l'évolution temporelle des quantités d'émissions chimiques rejetées par les sources sur la concentration des espèces. 2) Le développement, la mise en oeuvre et la validation d'un modèle photochimique ou " de boîte ", utilisant la méthode développée en 1). De la même manière, le modèle de boîte est conçu pour être applicable à n'importe quelles régions de l'atmosphère à savoir: la couche limite atmosphérique, la troposphère libre, la stratosphère et la mésosphère. 3) La vérification de la performance du modèle de boîte développé en 2) par l'interprétation d'un ensemble d'observations satellitaires et des mesures in situ de la concentration de certains composés chimiques par l'usage des ballons stratosphériques dans la stratosphère et par confrontation de la concentration de l'ozone mesurée par la technique micro-ondes dans la mésosphère ; 4) Le développement d'un modèle photochimique et diffusif unidimensionnel (dans la direction verticale), en incluant les variations diurnes des composés, par couplage du modèle de boîte développé en 2) avec un modèle purement de transport diffusif (également développé dans ce travail). L'ensemble est mis en oeuvre pour l'interprétation des mesures de profils verticaux de quelques composés chimiques dans la stratosphère et la mésosphère, obtenues soit à distance par de satellites soit in situ par ballons; 5) Le couplage, à chaque pas de temps, et l'intégration directe du modèle de boîte avec le modèle de circulation générale de METEO France (Emeraude) qui calcule de manière pronostique le champ dynamique et thermodynamique, les paramètres radiatifs et physiques et utilise les techniques d'assimilation des données d'observations dans l'atmosphère globale (vents, température, vapeur d'eau, nuages, flux solaires, etc.). L'ensemble constitué par le modèle Arpège et le modèle de boîte incluant un mécanisme cinétique de l'ozone stratosphérique, est mis en oeuvre pour interpréter les variations spatio-temporelles à 3 dimensions des espèces azotées et de l'ozone dans la stratosphère. En particulier, l'accent est mis sur la modélisation du phénomène appelé " Noxon Cliff ") consistant à l'apparition de gradients horizontaux des espèces azotées (NO2) lors de l'apparition du réchauffement soudain de la stratosphère moyenne, accompagné par la division du vortex polaire Nord en quelques cellules, vers la fin de l'hiver boréale. Chapitre I. Ce chapitre rappelle certaines notions des lois physiques pour l'atmosphère : la dynamique, le transport des espèces et la photochimie dans l'atmosphère et effectue une revue des différentes catégories de modèles numériques existants: photochimiques, radiatifs et dynamiques développés et mis en oeuvre durant les dernières décennies par la communauté scientifique pour explorer et étudier l'aéronomie de l'atmosphère et l'évolution du climat. Chapitre II. Dans un premier temps, le chapitre traite en détail le développement et l'analyse numérique de la " méthode novatrice " à laquelle nous avons associé la dénomination : " Semi Implicite Symétrique (SIS) ". Cette analyse numérique théorique approfondie, au sens mathématique des équations différentielles ordinaires (EDO) dont font partie les équations de continuité des espèces chimiques, consiste à explorer et à décrire son origine, sa définition, sa précision et sa stabilité, numériques. La caractéristique: " conservation du nombre d'atomes (CNA) " des composés chimiques par la méthode, après la résolution numérique des systèmes d'équations, est démontrée et comparée à celle des autres techniques de même objectif. La notion de CNA ne peut être confondue à celle de " conservation de la masse " de matière, condition appliquée aux méthodes de résolution des équations de transport (advection ou autres). D'autres caractéristiques de la méthode sont aussi explorées ; par exemple la possibilité de l'apparition de concentration faiblement négatives. Pour pallier ce petit inconvénient, un traitement numérique spécial très efficient, basé sur l'analyse de la caractéristique des espèces participant aux réactions chimiques " incriminées " est proposé. Dans un deuxième temps, une mise en oeuvre du modèle de boîte appliqué à un cas photochimique, défini par un mécanisme cinétique de l'ozone sous des conditions stratosphériques, est réalisée afin d'évaluer en profondeur la performance numérique du modèle et sa capacité à interpréter les observations. Le chapitre II contient différents paragraphes traitant en détail les points essentiels suivants en utilisant ce même cas: a) les caractéristiques numériques et la performance des autres méthodes couramment utilisées par la communauté scientifique depuis plus d'une décennie pour la résolution des équations cinétiques non linéaires dans les modèles, sont comparées à celles de la méthode SIS. Les avantages et inconvénients de chacune des méthodes sont soulignés. En particulier SIS conserve strictement le nombre d'atomes, et est absolument stable (ou sans condition de stabilité) contrairement aux autres méthodes classiques. b) En 1971, le mathématicien Gear a publié deux méthodes numériques très bien adaptées aux systèmes d'équations non linéaires très raides et légèrement raides (ou " stiff " en anglais). Ces méthodes utilisant l'approche numérique prédicteur-correcteur et résolution par itérations successives, sont considérées comme des références. Un rappel de cette technique est traité dans ce travail. Par la suite, la précision, la stabilité numérique, le coût numérique ou le temps de calcul et la notion de conservation du nombre d'atomes sont inter comparées entre cette technique et SIS. c) Grâce à sa caractéristique implicite (seul le prédicteur est en explicite), la méthode de Gear conserve aussi le nombre d'atomes des composés après résolution des systèmes. La précision de SIS est égalable à celle de la méthode de GEAR avec quelques pourcents de différence au moment du coucher et du lever du soleil, associés à la raideur des systèmes photochimiques liée aux variations temporelles abruptes et très significatives de la concentration des espèces sous l'influence de la photolyse. La stabilité numérique de SIS est également démontrée. d) La résolution des équations cinétiques aboutit à l'inversion des matrices jacobiennes à chaque pas de temps successifs des modèles. Après quelques test et " benchmark ", nous avons pu identifier que cette inversion de matrices est la plus coûteuse en temps de calcul et de manière exponentielle selon le rang de la matrice (ou le nombre de composés chimiques). Après plusieurs applications et évaluations de quelques techniques d'inversion de matrices, la méthode de résolution directe de Gauss par élimination apparaît la plus adaptée et constitue un bon compromis pour la méthode SIS. En effet, ces tests d'inversion ont permis de montrer que les matrices jacobiennes issues de la cinétique, possèdent un taux de raideur très élevé (ou " stiffness ratio " en anglais. Ce taux est défini comme le rapport entre la valeur absolue des valeurs propres minimales et maximales. Plus ce rapport est élevé, moins les systèmes itératifs aboutissent à une convergence d'où l'utilisation des méthodes directes d'inversion. En conséquence en terme de coût de calcul, SIS fait apparaître un temps CPU global (" clock period unit ") largement inférieur à celui de GEAR, toute chose égale par ailleurs sauf pour le pas de temps du modèle montrant ainsi son intérêt majeur pour l'introduction de chimie plus élaborée pour de longues intégrations dans les modèles tridimensionnels. Chapitre III. L'évaluation de la performance de la méthode SIS et la validation des résultats du modèle de boîte photochimique sont effectuées par le biais de la comparaison des résultats avec des mesures de profils verticaux existants dans les bases de données d'observations de quelques composés chimiques dans la stratosphère dont : O3, OH, HO2, HNO3, N2O5 et ClO. Trois études de cas dans la stratosphère sont traitées dont deux ont fait l'objet de publication: * L'interprétation par le modèle de boîte, des mesures de profil vertical de NO3 au dessus de 30km d'altitude obtenus par lancements de ballons stratosphériques (5 missions différentes) à Aire-sur-l'Adour, France (43°42'N, 0°15'W) entre 1980 et 1985, en introduisant de nouvelles valeurs des sections efficaces d'absorption de NO3 mesurées en laboratoire. Ce travail aboutit à une publication. * L'interprétation par le modèle de boîte, des mesures des variations diurnes de NO et NO2 (une mesure la nuit, une autre le jour et une au coucher et lever du soleil) obtenues pendant la campagne MAP GLOBUS organisée à Aire-sur-l'Adour à trois niveaux d'altitude situés aux pressions atmosphériques: 18hPa, 10hPa et 7.5hPa. A chaque observation, le ballon est plafonné à l'altitude considérée pour permettre les mesures temporelles. Ce travail aboutit à une publication. * L'interprétation par le modèle de boîte des mesures de variations diurnes de l'ozone mésosphérique entre 50km et 75km d'altitude par pas de 5km, en utilisant à partir du sol un radiomètre micro-onde dans la fréquence 110.856 GHz correspondant à une raie d'émission de l'espèce ; le radiomètre étant couplé avec un spectromètre. Les résultats du modèle sont conformes aux mesures. Les analyses exploratoires soulignent l'importance de la contribution des réactions chimiques associées aux composés hydrogénés H, OH et HO2 sur la concentration de l'ozone. A ces niveaux d'altitude, la réaction chimique entre la vapeur d'eau et le métastable O1D issu de la photodissociation de l'ozone constitue la source principale de ces composés hydrogénés. Chapitre IV. Le couplage du modèle de boîte utilisant la méthode SIS avec un modèle à une dimension diffusif et stationnaire (selon la verticale du lieu) également créé dans ce travail, permet la comparaison des résultats numériques avec un ensemble de mesures satellitaires. Ces observations intègrent les profils verticaux de composés chimiques à plus longue durée de vie dont : CH4, N2O, H2O, CO, HNO3, H2, et HCl, et à plus courte durée de vie comme OH et ClO, mais aussi des espèces chimiques azotées (NO, NO2, NOy) et des espèces chlorées (ClO, Cly). Ce chapitre montre également l'applicabilité de la méthode SIS aux équations d'évolution photochimique des " Familles " azotée et chlorée : NOy, Cly. Les résultats numériques du modèle unidimensionnel sont comparables à ceux d'autres modèles de même nature développés par d'autres auteurs et sont parfaitement cohérents avec l'ensemble des observations. Chapitre V. L'objet de ce dernier chapitre consiste à développer une méthodologie novatrice de modélisation tridimensionnelle de la distribution spatio-temporelle des composés minoritaires dans l'atmosphère en introduisant pour la première fois les variations diurnes des espèces chimiques. Dans le passé, due à la complexité des mécanismes photochimiques atmosphériques et les coûts informatiques, les modèles tridimensionnels incluent seulement, soit une chimie très simplifiée, soit un système cinétique un peu plus développé mais dont les variations diurnes sont linéarisées. Grâce à ses performances inégalées par rapport aux techniques classiques et à la méthode de référence " de Gear " (précision, stabilité, conservation et coût), le modèle de boîte utilisant SIS couplé au modèle dynamique, peut alors inclure un grand nombre de composés chimiques. Cette approche innovante de modélisation tridimensionnelle avec variations diurnes chimiques, jamais abordée auparavant par la communauté scientifique, peut permettre une intégration sur du long terme, couvrant ainsi les saisons et les années. Cette intégration est indispensable à une meilleure connaissance de l'évolution spatio-temporelle de la couche d'ozone et de l'établissement de la distribution de ses précurseurs avec l'utilisation des données satellitaires issues de UARS. La faisabilité de ces longues intégrations est par ailleurs facilitée par l'apparition et de nouveaux super calculateurs puissants pour les calculs intensifs (exemple CRAY 1). * Dans un premier temps, la méthode de couplage dite " time-splitting ", à chaque pas de temps d'intégration, du modèle de boîte à variations diurnes avec le modèle de circulation générale Emeraude de Météo France, est décrite. Le modèle Emeraude inclut la dynamique, le transport des espèces, la physique de l'atmosphère, le couplage terre atmosphère, la formation des nuages et le transfert radiatif. Les espèces azotées et chlorées sont intégrées dans le mécanisme cinétique stratosphérique du modèle de boîte pour décrire la chimie de l'ozone pour l'étude de cas. * Dans un deuxième temps, l'ensemble couplé est mis en oeuvre pour calculer la distribution spatio-temporelle des espèces azotées et de l'ozone dans la stratosphère. En particulier, l'accent est mis sur la modélisation du comportement de certaines espèces chimiques lors du réchauffement stratosphérique soudain dans les régions polaires Nord vers la fin de l'hiver. Ce phénomène est régulièrement observé aux niveaux d'altitude stratosphérique de pression: 10hPa à 20hPa dans ces régions. Le vortex polaire stratosphérique Nord subit alors une division en deux ou plusieurs cellules dynamiques, accompagnée d'un réchauffement rapide du milieu. D'après les observations de Noxon en 1979, cette division du vortex stratosphérique a un effet sur la distribution horizontale du contenu intégré du dioxyde d'azote que l'auteur a dénommé le " Noxon Cliff " consistant à l'apparition de forts gradients horizontaux de concentration intégrée de NO2 autour de 50°N. Une courte simulation a été effectuée avec le modèle tridimensionnel pour le mois de février 1979, période d'observations du réchauffement soudain. Le modèle permet de vérifier les hypothèses de Noxon sur la distribution spatiale du composé NO2. * Le chapitre conclut sur la faisabilité de l'intégration des variations diurnes des espèces chimiques dans un modèle tridimensionnel sur du long terme. Le satellite UARS effectuera une série d'observations d'un ensemble de composés chimiques dans la stratosphère et la mésosphère sur une longue période étalée sur quelques années. Les variations diurnes des composés chimiques peuvent en être extraites avec leur distribution horizontale et verticale. Ce modèle 3D permettra la confrontation des mesures obtenues par UARS avec les résultats numériques et contribuera à une meilleure connaissance de la chimie de l'ozone et du phénomène de trou d'ozone observé dans l'Antarctique en incluant la chimie hétérogène réagissant sur la surface des nuages polaires stratosphériques.

Nous développons des modèles probabilistes pour l’impression à l’échelle micrométrique. Tenant compte de l’aléa de la forme des points qui composent les impressions, les modèles proposés pourront être ultérieurement exploités dans différentes applications dont l’authentification de documents imprimés. Une analyse de l’impression sur différents supports papier et par différentes imprimantes a été effectuée. Cette étude montre que la grande variété de forme dépend de la technologie et du papier. Le modèle proposé tient compte à la fois de la distribution du niveau de gris et de la répartition spatiale de l’encre sur le papier. Concernant le niveau de gris, les modèles des surfaces encrées/vierges sont obtenues en sélectionnant les distributions dans un ensemble de lois de forme similaire aux histogrammes et à l’aide de K-S critère. Le modèle de répartition spatiale de l’encre est binaire. Le premier modèle consiste en un champ de variables indépendantes de Bernoulli non-stationnaire dont les paramètres forment un noyau gaussien généralisé. Un second modèle de répartition spatiale des particules d’encre est proposé, il tient compte de la dépendance des pixels à l’aide d’un modèle de Markov non stationnaire. Deux méthodes d’estimation ont été développées, l’une approchant le maximum de vraisemblance par un algorithme de Quasi Newton, la seconde approchant le critère de l’erreur quadratique moyenne minimale par l’algorithme de Metropolis within Gibbs. Les performances des estimateurs sont évaluées et comparées sur des images simulées. La précision des modélisations est analysée sur des jeux d’images d’impression à l’échelle micrométrique obtenues par différentes imprimantes<br>We develop the probabilistic models of the print at the microscopic scale. We study the shape randomness of the dots that originates the prints, and the new models could improve many applications such as the authentication. An analysis was conducted on various papers, printers. The study shows a large variety of shape that depends on the printing technology and paper. The digital scan of the microscopic print is modeled in: the gray scale distribution, and the spatial binary process modeling the printed/blank spatial distribution. We seek the best parametric distribution that takes account of the distributions of the blank and printed areas. Parametric distributions are selected from a set of distributions with shapes close to the histograms and with the Kolmogorov-Smirnov divergence. The spatial binary model handles the wide diversity of dot shape and the range of variation of spatial density of inked particles. At first, we propose a field of independent and non-stationary Bernoulli variables whose parameters form a Gaussian power. The second spatial binary model encompasses, in addition to the first model, the spatial dependence of the inked area through an inhomogeneous Markov model. Two iterative estimation methods are developed; a quasi-Newton algorithm which approaches the maximum likelihood and the Metropolis-Hasting within Gibbs algorithm that approximates the minimum mean square error estimator. The performances of the algorithms are evaluated and compared on simulated images. The accuracy of the models is analyzed on the microscopic scale printings coming from various printers. Results show the good behavior of the estimators and the consistency of the models

En termes de prévention du risque associé aux séismes, la prédiction quantitative des phénomènes de propagation et d'amplification des ondes sismiques dans des structures géologiques complexes devient essentielle. Dans ce domaine, la simulation numérique est prépondérante et l'exploitation efficace des techniques de calcul haute performance permet d'envisager les modélisations à grande échelle nécessaires dans le domaine du risque sismique.Plusieurs évolutions récentes au niveau de l'architecture des machines parallèles nécessitent l'adaptation des algorithmes classiques utilisées pour la modélisation sismique. En effet, l'augmentation de la puissance des processeurs se traduit maintenant principalement par un nombre croissant de cœurs de calcul et les puces multicœurs sont maintenant à la base de la majorité des architectures multiprocesseurs. Ce changement correspond également à une plus grande complexité au niveau de l'organisation physique de la mémoire qui s'articule généralement autour d'une architecture NUMA (Non Uniform Memory Access pour accès mémoire non uniforme) de profondeur importante.Les contributions de cette thèse se situent à la fois au niveau algorithmique et numérique mais abordent également l'articulation avec les supports d'exécution optimisés pour les architectures multicœurs. Les solutions retenues sont validées à grande échelle en considérant deux exemples de modélisation sismique. Le premier cas se situe dans la préfecture de Niigata-Chuetsu au Japon (événement du 16 juillet 2007) et repose sur la méthode des différences finies. Le deuxième exemple met en œuvre la méthode des éléments finis. Un séisme hypothétique dans la région de Nice est modélisé en tenant compte du comportement non linéaire du sol<br>One major goal of strong motion seismology is the estimation of damage in future earthquake scenarios. Simulation of large scale seismic wave propagation is of great importance for efficient strong motion analysis and risk mitigation. Being particularly CPU-consuming, this three-dimensional problem makes use of high-performance computing technologies to make realistic simulation feasible on a regional scale at relatively high frequencies.Several evolutions at the chip level have an important impact on the performance of classical implementation of seismic applications. The trend in parallel computing is to increase the number of cores available at the shared-memory level with possible non-uniform cost of memory accesses. The increasing number of cores per processor and the effort made to overcome the limitation of classical symmetric multiprocessors SMP systems make available a growing number of NUMA (Non Uniform Memory Access) architecture as computing node. We therefore need to consider new approaches more suitable to such parallel systems.This PhD work addresses both the algorithmic issues and the integration of efficient programming models for multicore architectures. The proposed contributions are validated with two large scale examples. The first case is the modeling of the 2007 Niigata-Chuetsu, Japan earthquake based on the finite differences numerical method. The second example considers a potential seismic event in the Nice sedimentary basin in the French Riviera. The finite elements method is used and the nonlinear soil behavior is taken into account

Le réveil de volcans endormis depuis de nombreuses années (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) est un phénomène qui reste mystérieux. Les éruptions volcaniques sont les expressions de surface de processus prenant place dans le système magmatique sous-jacent. Les réservoirs magmatiques situés dans la croûte supérieure sont formés par des injections répétées de magmas mobiles, et résident la plupart du temps à l’état de mush. Un mush est un magma refroidi et cristallisé, où les cristaux se touchent et forment un squelette rigide qui inhibe sa capacité à s’écouler. Les chaines de forces liant ces cristaux en contact doivent être déstabilisées afin de générer des conditions pouvant mener à une éruption. Une telle déstabilisation est souvent considérée comme le résultat de la recharge du réservoir. Une meilleure compréhension des processus physiques liés à la recharge d’un mush est donc nécessaire afin d’identifier les conditions qui favorisent le déclenchement d’une éruption volcanique. La caractérisation de l’effet d’une intrusion sur les conditions physiques du réservoir et sur les signaux géophysiques associés, est nécessaire pour permettre la détection des dynamiques menant à une éruption, et de gérer au mieux les risques associés.Cette thèse explore dans un premier temps les processus physiques qui contrôlent le mouvement des cristaux dans les magmas et les mush. Les études précédentes ne considéraient pas les forces de lubrification. Ces forces hydrodynamiques sont opposées au mouvement relatif entre deux cristaux voisins. A l’aide de lois d’échelle quantifiant l’importance des différentes forces contrôlant le mouvement des cristaux et de simulations numériques utilisant la méthode des éléments discrets, couplée à la modélisation dynamique de la phase fluide (CFD-DEM), nous avons contraint l’effet de la lubrification et défini un nombre sans dimension indiquant son importance. Les résultats montrent que la lubrification s’oppose à l’initiation ou l’arrêt de mouvements dans le mush. La négliger sous-estime la durée des phases transitoires mais n’affecte pas la quantification de l’état stationnaire de l’écoulement.Nous avons utilisé des simulations CFD-DEM afin d’explorer les mécanismes d’emplacement de magmas mobiles dans un mush. Les résultats montrent que le comportement de l’intrusion est contrôlé par la vitesse d’injection et le contraste de densité entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place. Dans la plupart des conditions naturelles, les simulations montrent que le magma injecté se met en place sous forme d’une couche horizontale à la base du mush. Cette situation ne résulte ni en un mélange efficace entre mush et intrusion, ni en des dynamiques permettant de générer immédiatement une éruption. En revanche, la recharge du mush génère des conditions qui peuvent mener à la génération et à l’extraction de volumes de magmas possédant une éruptivité. Il apparait que le déroulement d’un événement de recharge dépend de l’évolution de la densité relative entre la phase fondue du mush et celle du magma mis en place et de l’évolution thermique qui suit l’intrusion.La détection de volumes de magmas possédant une éruptivité à partir de données sismiques requiert une connaissance de leurs propriétés sismiques. Ces propriétés sont à ce jour mal contraintes. En utilisant une approche de phases couplées basée sur la linéarisation des équations conservatives contrôlant le mouvement des phases fluide et solide, nous avons calculé les vitesses de propagation et facteurs d’atténuation des ondes sismiques dans les magmas. Les résultats montrent que, dans les magmas chargés en cristaux, la vitesse des ondes dépend principalement du contenu en cristaux. Distinguer des magmas de différentes compositions chimiques nécessite de mesurer l’atténuation intrinsèque. Le suivi des évolutions conjointes de ces deux observables semble être l’approche la plus à même de détecter des dynamiques magmatiques menant à une éruption<br>The reawakening of volcanoes asleep since hundreds or thousands years (ex. Komagatake, 1640; Pinatubo, 1991) is a mysterious phenomenon. Volcanic eruptions are the surface expressions of processes occurring in the underlying magmatic systems. Long-lived magmatic reservoirs located in the upper crust have been shown to result from the accumulation of intrusions of new magmas, and spend most of their dwelling time as mush. A mush is a magma that is cooled and crystallized, in which the crystals are touching each other to form a rigid framework, that inhibit its ability to flow. The generation of eruptible conditions requires destabilizing the force chains link crystals in contact. Such destabilization is often thought to be triggered by the recharge of the mush with new magma. A better understanding of the physical processes occurring in magmatic reservoirs by the emplacement of new magma is required to identify the conditions that primer in volcanic eruptions. The characterization of the effects of the intrusion on the physical conditions of the magmatic reservoir and on the associated geophysical signals is necessary to best mitigate volcanic hazards.This thesis explores first the physical processes controlling the motions of the crystals in magmas and mush. Previous studies have not considered the presence of lubrication forces. These hydrodynamic forces are opposed to the relative motions between neighboring crystals. By developing scaling relationships of the importance of the forces controlling the motion of the solids, and numerical simulations using a Discrete Element Method coupled with a Computational Fluid Dynamic approach (CFD-DEM), we constrained the effects of lubrication on magmas and defined a dimensionless number able to predict lubrication importance. Results show that lubrication is opposed to the onset or the arrest of motions within the mush. Neglecting lubrication results in underestimating the duration of transient dynamics, but does not affect the quantification of steady-state dynamics.We then used CFD-DEM simulations to explore the emplacement mechanisms of mobile magmas within mush and their effects on the magmatic reservoir. Results show that the behavior of the intrusion is controlled by the injection velocity and by the density contrast between the two melt phases of the resident mush and the intruded material. Under most natural conditions, simulations suggest that the intruded magma is expected to pond at the base of the mush and to be emplaced as a horizontal layer. This scenario does not lead to a high degree of mixing nor to conditions for which an eruption may be triggered rapidly. The recharge in new magmas, however, generates conditions propitious for the extraction of eruptible magmas from the mush. It appears that the unfolding of a recharge event depends on the evolution of the density contrast between the mush interstitial melt and the intruded melt and on the thermal exchanges following the intrusion.The detection of volumes composed by eruptible magmas from seismic signals requires knowledge of their seismic properties, which are yet poorly constrained. We used the coupled phase approach to compute the propagation velocities and attenuation coefficients of seismic waves in magmas. This approach is based on the linearization of the continuum conservation equations that control the motions of the fluid and the solids. Results show that, in crystal-bearing magmas, the propagation velocity of compressional waves is mainly controlled by the crystal volume faction. The measure of the intrinsic attenuation coefficient is required to distinguish the chemical composition of the magmas. The joint monitoring in time of seismic waves velocities and intrinsic attenuation coefficients seems the most suitable method to detect the initiation of an eruption from a magmatic reservoir

La première partie de cette thèse est consacrée aux méthodes numériques pour la simulation de processus aléatoires définis par des équations différentielles stochastiques (EDS). Nous commençons par l’étude de l’algorithme de Beskos et al. [13] qui permet de simuler exactement les trajectoires d’un processus solution d’une EDS en dimension 1. Nous en proposons une extension à des fins de calcul exact d’espérances et nous étudions l’application de ces idées à l’évaluation du prix d’options asiatiques dans le modèle de Black &amp; Scholes. Nous nous intéressons ensuite aux schémas numériques. Dans le deuxième chapitre, nous proposons deux schémas de discrétisation pour une famille de modèles à volatilité stochastique et nous en étudions les propriétés de convergence. Le premier schéma est adapté à l’évaluation du prix d’options path-dependent et le deuxième aux options vanilles. Nous étudions également le cas particulier où le processus qui dirige la volatilité est un processus d’Ornstein-Uhlenbeck et nous exhibons un schéma de discrétisation qui possède de meilleures propriétés de convergence. Enfin, dans le troisième chapitre, il est question de la convergence faible trajectorielle du schéma d’Euler. Nous apportons un début de réponse en contrôlant la distance de Wasserstein entre les marginales du processus solution et du schéma d’Euler, uniformément en temps. La deuxième partie de la thèse porte sur la modélisation de la dépendance en finance et ce à travers deux problématiques distinctes : la modélisation jointe entre un indice boursier et les actions qui le composent et la gestion du risque de défaut dans les portefeuilles de crédit. Dans le quatrième chapitre, nous proposons un cadre de modélisation original dans lequel les volatilités de l’indice et de ses composantes sont reliées. Nous obtenons un modèle simplifié quand la taille de l’indice est grande, dans lequel l’indice suit un modèle à volatilité locale et les actions individuelles suivent un modèle à volatilité stochastique composé d’une partie intrinsèque et d’une partie commune dirigée par l’indice. Nous étudions la calibration de ces modèles et montrons qu’il est possible de se caler sur les prix d’options observés sur le marché, à la fois pour l’indice et pour les actions, ce qui constitue un avantage considérable. Enfin, dans le dernier chapitre de la thèse, nous développons un modèle à intensités permettant de modéliser simultanément, et de manière consistante, toutes les transitions de ratings qui surviennent dans un grand portefeuille de crédit. Afin de générer des niveaux de dépendance plus élevés, nous introduisons le modèle dynamic frailty dans lequel une variable dynamique inobservable agit de manière multiplicative sur les intensités de transitions. Notre approche est purement historique et nous étudions l’estimation par maximum de vraisemblance des paramètres de nos modèles sur la base de données de transitions de ratings passées<br>The first part of this thesis deals with probabilistic numerical methods for simulating the solution of a stochastic differential equation (SDE). We start with the algorithm of Beskos et al. [13] which allows exact simulation of the solution of a one dimensional SDE. We present an extension for the exact computation of expectations and we study the application of these techniques for the pricing of Asian options in the Black &amp; Scholes model. Then, in the second chapter, we propose and study the convergence of two discretization schemes for a family of stochastic volatility models. The first one is well adapted for the pricing of vanilla options and the second one is efficient for the pricing of path-dependent options. We also study the particular case of an Orstein-Uhlenbeck process driving the volatility and we exhibit a third discretization scheme which has better convergence properties. Finally, in the third chapter, we tackle the trajectorial weak convergence of the Euler scheme by providing a simple proof for the estimation of the Wasserstein distance between the solution and its Euler scheme, uniformly in time. The second part of the thesis is dedicated to the modelling of dependence in finance through two examples : the joint modelling of an index together with its composing stocks and intensity-based credit portfolio models. In the forth chapter, we propose a new modelling framework in which the volatility of an index and the volatilities of its composing stocks are connected. When the number of stocks is large, we obtain a simplified model consisting of a local volatility model for the index and a stochastic volatility model for the stocks composed of an intrinsic part and a systemic part driven by the index. We study the calibration of these models and show that it is possible to fit the market prices of both the index and the stocks. Finally, in the last chapter of the thesis, we define an intensity-based credit portfolio model. In order to obtain stronger dependence levels between rating transitions, we extend it by introducing an unobservable random process (frailty) which acts multiplicatively on the intensities of the firms of the portfolio. Our approach is fully historical and we estimate the parameters of our model to past rating transitions using maximum likelihood techniques

Lors d’un accident grave dans un réacteur nucléaire (REP ou REB en particulier), le combustible fondu (corium) peut se déverser dans le réfrigérant (eau). L’interaction entre les deux fluides est appelée Interaction Combustible-Réfrigérant. Sous certaines conditions, cette interaction peut conduire à une «explosion de vapeur» qui peut menacer le confinement du réacteur nucléaire. L’ICR est une interaction de caractère multiphasique complexe où divers phénomènes physiques interviennent de manières couplées. Elle débute par une phase de mélange entre les fluides (prémélange), se traduisant par la fragmentation du corium et sa dispersion dans le réfrigérant. Ce processus de fragmentation impacte les échanges thermiques (ébullition et mise en mouvement du fluide environnant (réfrigérant)) et les processus chimiques (oxydation du corium et génération d’hydrogène). Cette thèse apporte de nouveaux éléments concernant la compréhension physique et la modélisation du phénomène de fragmentation du corium, dont l’objectif principal est d’améliorer la modélisation dans le logiciel de thermohydraulique multiphasique MC3D, développé par l’IRSN. L’étude proposée se base sur l’hypothèse de la modélisation de la fragmentation comme un phénomène multi-échelle avec un découplage entre taux de fragmentation du jet et dimension des gouttes résultantes. Elle suppose un processus de fragmentation qui est le résultat d’une déstabilisation primaire (passage jet -&gt; grosses gouttes) pilotée par les grandes échelles de l’écoulement et d’un processus de déstabilisation secondaire menant à une fragmentation finale dépendante des paramètres plus «locaux» de l’écoulement. Nous avons conjugué notre modélisation avec une méthode de type MUSIG récemment introduite dans le logiciel MC3D. Les gouttes de corium y sont représentées, via un découpage en classes, par plusieurs champs de masse et d’énergie avec des diamètres distincts. Malgré les avancées dans la modélisation de la fragmentation, la compréhension des mécanismes et la caractérisation de la fragmentation des gouttes liquides est encore très imparfaite, particulièrement dans le cas liquide/liquide. Le travail de thèse s’est alors orienté vers l’analyse de ce processus en utilisant le logiciel de simulation GERRIS. L’étude conduit à proposer une nouvelle carte de régimes de fragmentation en configuration liquide/liquide, une compréhension plus approfondie de la dynamique de fragmentation et une analyse sur l’interaction vortex-goutte pilotant la transition entre les régimes<br>In the case of a severe accident in a nuclear power plant, the molten core may flow into water and interact with it. The consequences of this fuel-coolant interaction (FCI) for the follow-up of the accident may be numerous so the phenomenon needs to be described accurately, one of them called “steam explosion” can lead to the failure of the nuclear reactor containment. FCI is a complex multiphase interaction involving several physical phenomena. The premixing phase of the interaction consists in the fragmentation and dispersion of corium in the coolant pool. This phase is driven by the fragmentation process which modifies heat transfers (coolant boiling dynamics) and chemical reactions (corium oxidation and hydrogen generation). This thesis brings new elements about the corium jet and droplet breakup with the main goal of improve fragmentation models on the MC3D multiphase code, developed by the IRSN. Our study is based on a multi-scale fragmentation process where the jet fragmentation rate and final droplet dimensions are not coupled themselves. We suppose a fragmentation process resulting from a primary instability (mass transfer within jet and big droplets) depending on the large flow scales and a secondary instability depending on the small flow scales (leading to final droplet breakup). This model has been implemented in MC3D in combination with the MUSIG method recently added to MC3D. In this method, droplets are represented using several classes, each of them with their own droplet diameter, mass and energy fields. Despite new improvements on modeling corium fragmentation, there is still a lack on the comprehension and characterization on the liquid droplet fragmentation, particularly on liquid/liquid configurations. In this thesis, we study in detail droplet breakup using the computational fluid dynamics software GERRIS. As a result, we find a new droplet breakup classification in liquid/liquid configurations, we improve the droplet breakup dynamics comprehension and we analyze the droplet-vortex interaction to determine breakup regime transition

L'évolution topographique des chaînes de montagne résulte d'interactions complexes entre la tectonique et le climat via l'action des processus de surface. La quantification de l'évolution du relief passe par le développement d'outils méthodologiques permettant d'identifier les processus mis en jeu pour des échelles de temps (103-106 années) et d'espace (1-100 km) caractéristiques de contextes orogéniques. Dans cette étude, l'évolution Néogène et Quaternaire du relief des Alpes Européennes est abordée à partir d'une approche couplant la thermochronométrie basse-température in-situ (essentiellement (U-Th-Sm)/He et 4He/3He sur apatite) et la modélisation numérique. Le développement d'une méthode numérique associant la modélisation thermo-cinématique (Pecube) à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm) permet l'interprétation quantitative de données thermochronologiques en termes d'histoires d'exhumation et d'évolution du relief. La quantification de l'évolution du relief reste néanmoins problématique et fortement dépendante du contexte géomorphologique étudié. Cette étude implique la nécessité de repenser a priori la stratégie d'échantillonnage et d'interprétation des données suivant le contexte géomorphologique considéré et le signal d'exhumation que l'on cherche à quantifier via la thermochronologie. Enfin, l'application de cette approche à un jeu de données thermochronologiques échantillonnées dans le massif des Ecrins-Pelvoux (Alpes françaises) révèle l'existence d'un épisode d'exhumation rapide cessant autour de ~5-6 Ma, encadré par des taux d'exhumation plus modérés. Cependant, les données ne permettent pas de conclure quant à l'évolution tardi-Néogène du relief dans le massif des Ecrins-Pelvoux. L'application de la thermochronométrie 4He/3He dans la vallée du Rhône (Alpes suisses), couplée à des données thermochronologiques issues de la littérature, confirme un épisode d'exhumation rapide jusqu'à ~5-7 Ma, et révèle une augmentation majeure du relief local (~1-1.5 km) associée au creusement des vallées par d'importants appareils glaciaires. Le début de cette phase de creusement correspond à la transition climatique Mi-Pléistocène (~1 Ma) depuis des cycles glaciaires symétriques de 40 ka vers des cycles asymétriques (100 ka) de plus forte amplitude. Ces données permettent également de reconstruire la topographie pré-glaciaire du bassin versant du Rhône, et ainsi d'évaluer, à une échelle plus globale, l'impact des glaciations Pléistocènes sur l'évolution du relief. Des résultats préliminaires issus de la modélisation numérique des processus glaciaires mettent en évidence le potentiel d'une telle approche afin de tester quantitativement l'influence de la transition climatique Mi-Pléistocène sur le développement du relief alpin, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. Enfin, l'étude de l'évolution topographique post-glaciaire dans le massif des Ecrins-Pelvoux (modélisation numérique et utilisation du 10Be cosmogénique produit in-situ) met en évidence une dynamique d'érosion fluviale pouvant atteindre localement des vitesses de l'ordre du cm an-1, illustrant l'évolution géomorphologique rapide en réponse à la transition climatique entre le tardi-Pléistocène et l'Holocène.

L'industrie aéronautique doit faire face aux nouvelles exigences environnementales, tout particulièrement concernant la réduction de la consommation des énergies fossiles. L'utilisation de matériaux composites plus léger permet de répondre en partie à cette attente. Pour limiter les coûts lors de la fabrication et du développement des composites à renforts tissés 3D, il est nécessaire d'utiliser des outils de simulation performants. En particulier, les outils existants, qui discrétisent à une échelle mésoscopique l'architecture des tissus 3D, ne tiennent pas compte de l'influence du procédé de fabrication sur la constitution de la structure textile. Si des outils numériques dédiés à la modélisation du procédé de tressage et de tricotage sont disponibles, il n'en est rien concernant le tissage. Cette étude avait donc pour but de s'intéresser plus particulièrement à la simulation du prodécé de tissage pour pouvoir obtenir une structure de tissu sèche déformée numériquement. La production de différentes architectures de tissu en verre E dans notre laboratoire nous a permis d'observer les différents éléments en contact avec le fil ou le tissu sur la machine à tisser, par le biais de l'utilisation d'une caméra rapide par exemple. Le développement d'un modèle numérique par éléments finis reproduisant le procédé de tissage a été réalisé. Une loi de comportement isotrope transverse fut utilisée pour modéliser les fils de verre. Des premières simulations numériques encourageantes pour la fabrication d'un tissu d'armure toile et d'un tissu d'armure croisé 2-2 sont présentées et comparées avec les tissus réels produits correspondants<br>The aeronautical industry faces new challenges regarding the reduction of fossil fuel consumption. One way to address this issue is to use lighter composite materials. The ability to predict the geometry and the mechanical properties of the unit cell is necessary in order to develop 3D reinforcements in composite materials for these aeronautical applications. There is a difficulty to get realistic geometries for these unit cells due to the complexity of their architecture. Currently, existing tools which model 3D fabrics at a meso scale don't take into account manufacturing process influence on the shape modification of the textile structure. There is already some numerical tools that can model the braiding or knitting process, but none have been developed for weaving so far. Consequently, this study deals with the numerical simulation of the weaving process to obtain a deformed dry fabric structure. During the weaving process of E-glass fabrics, achieved in our laboratory, it has been observed that large deformations led to the modification of transverse section of meshes, or local density changes, that can modify the fabrics mechanical resistance. For this reason, a numerical tool of the weaving process, based on finite element modelling, has been developped to predict these major deformations and their influences on the final textile structure. The correlation between numerical results and fabrics produced with glass fibres has been achieved for plain weave and 2-2 twill

Les opérations d'assemblage de structures aéronautiques font aujourd'hui appel à une planification particulière se basant sur la maquette numérique des produits considérés. Pour permettre une bonne réalisation de ces opérations, la géométrie du produit physique doit rester aussi fidèle que possible à la géométrie de référence contenue dans la maquette numérique. Du fait de la complexité des produits considérés, des écarts géométriques non-anticipés peuvent cependant apparaitre et occasionner un allongement des délais et une augmentation des coûts d’assemblage.L’intégration croissante de systèmes de traitement de l’information ouvre des perspectives nouvelles quant à la façon d’organiser les systèmes de production. Ces perspectives incluent notamment la possibilité d’optimiser les opérations de fabrication et d’assemblage en temps réel à travers l’utilisation de jumeaux numériques des produits manufacturés. Nous proposons dans ces travaux la mise en place d’un jumeau numérique géométrique, capable de refléter la géométrie du produit physique en cours d’assemblage et d’optimiser la géométrie de certains composants restant à assembler.Dans cette optique, la maquette numérique initiale est actualisée afin d’obtenir une représentation dite hybride du produit. Cette représentation inclut les différents états des composants, que nous nommons textit{as-designed}, textit{as-built} et textit{interface}. Les composants textit{as-built} sont plus particulièrement actualisés de manière à refléter la géométrie du produit physique en cours d’assemblage. Une méthode d’actualisation, s’appuyant sur des données numérisées est proposée. A partir de là, la géométrie de composants dits textit{interfaces} est également actualisée afin de garantir le respect des exigences fonctionnelles sur le produit assemblé. Une méthode d’actualisation est également proposée à cet effet.La faisabilité de l’approche ainsi que des outils proposés est évaluée à travers deux cas d’application, dont un est directement représentatif du contexte industriel des travaux. Les résultats obtenus permettent notamment d’envisager d’enrichir l’approche proposée avec la prise en compte de contraintes non-géométriques dans le but d’optimiser le déroulement des opérations d’assemblage<br>Assembly operations of aerostructures are nowadays planned using the Digital Mock Up of the considered products. To allow a good realization of the aforementioned operations, the geometry of the physical product must remain as faithful as possible to the reference geometry contained in the Digital Mock Up. Because of the complexity of the considered products, unanticipated geometrical deviations may however appear. These geometrical deviations lead to longer cycle times and higher assembly costs.The increasing integration of data processing system gives new prospects on how to organize production systems. These prospects include the possibility to optimize the manufacturing and assembly operations in real time thanks to the use of digital twins of the manufactured products. In this work, we propose the implementation of a geometrical digital twin. This digital twin is capable of mirroring the geometry of the physical product being assembled and optimizing the geometry of some components remaining to be assembled.With this in mind, the initial Digital Mock Up is updated in order to obtain a hybrid representation of the product. This representation includes the different states of the components, which are called as-designed, as-built and interface. The as-built components are more particularly updated in order to mirror the geometry of the physical product being assembled. A method using digitized data is proposed. From there, the geometry of interface components is updated so that the final product complies with the functional requirements which were defined. A method is also proposed for this purpose.The feasibility of the approach as well as the proposed tools is evaluated through two application cases, one of which is directly representative of the industrial context of the works. The obtained results allow to consider enriching the proposed approach by considering non-geometrical constraints in order to optimize assembly operations

Cette thèse est motivée par la nécessité de mieux comprendre et identifier les processus physiques mésoéchelles opérant dans les mers subpolaires qui contraignent la formation et la circulation des eaux denses. Dans ce but, des expériences numériques idéalisées sont réalisées. Dans une première partie, nous nous intéressons à la représentation du processus de restratification dans trois modèles : MICOM (isopycnal), OPA (z) et une version adiabatique dérivée de MICOM dans laquelle la physique de la couche de mélange est retirée. Nos résultats montrent qu’en l'absence de forçage, la géométrie de la couche de mélange dans MICOM empêche presque tout retrait de cette couche et limite fortement le niveau d’instabilité ainsi que les échanges de chaleur. Le comportement des deux autres modèles est bien plus satisfaisant, mais des différences persistent dans le développement de l’instabilité barocline et dans les échanges et les transformations des masses d’eau. Dans une seconde partie, le modèle MICOM dans sa version adiabatique est retenu pour étudier les processus mésoéchelles associés à la transformation des masses d’eau en mer du Groenland et leur export vers le passage Groenland-Ecosse, avec pour objectif de comprendre le lien entre la formation d’eau dense et son export. Nous montrons que la saisonnalité de la convection n’engendre pas de saisonnalité de l’export d’eau dense, que le seuil modifie les échanges au détroit et la circulation dans le bassin, et que la formation des masses d’eau denses est non seulement dépendante de la répartition spatiale du forçage mais aussi de la déstabilisation du courant de bord liée à la structure de la topographie.

La circulation hydrothermale océanique est un élément clé dans le transfert de chaleur et de matière des profondeurs de la Terre vers sa surface. Certains sites hydrothermaux produisent de grandes quantités d'hydrogène et de méthane. C'est le cas du site de Rainbow (36°N), situé sur la dorsale médio-atlantique, auquel on s'intéresse ici. Les fortes concentrations d'hydrogène ([H2]=16 mM kg-1) et de méthane ([CH4]=2,5 mM kg-1) des fluides chauds (~365°C) émis par ce site ont été interprétées comme étant issues de l'hydratation des péridotites du diapir mantellique qui constitue son socle géologique du site, mais l'altération d'assemblages gabbroïques pourrait également être à l'origine de sa production d'hydrogène. Ces processus géochimiques dépendent fortement des caractéristiques de l'écoulement des fluides au sein de la matrice poreuse et fracturée du site. Cette étude a donc consisté au développement et à l'application de modèle numériques, thermo-hydrogéologique et géochimique et de leur chaînage, dans le but de caractériser la circulation hydrothermale, la production d'hydrogène et son transport au sein du site de Rainbow. Plusieurs résultats découlent de ces modélisations : la circulation hydrothermale est tridimensionnelle, de faible extension horizontale (Ø~2-8km), doit très probablement être canalisée par un chemin préférentiel de forte perméabilité, et peut être stable sur plusieurs milliers d'années. Nous avons pu montrer que l'hydrogène est produit par serpentinisation en amont de la zone de décharge et estimer les coefficients cinétiques in situ, la quantité d'hydrogène produite et montrer la possibilité d'une production d'une durée supérieure à 25 000 ans.