Laboratoire Virtuel pour la Pompe Biologique dans le Domaine Mésopélagique

L'objectif du stage est de concevoir un laboratoire virtuel pour permettre l'expérimentation en réalité virtuelle de modèles de la pompe biologique dans le domaine mésopélagique. Actuellement, il est établi que l'interaction entre les particules qui sédimentent et les organismes de la zone mésopélagique (100-1000m) détermine l'efficacité de la pompe biologique qui varie spatialement et temporellement à différentes échelles ; mais il n'y a pas de consensus sur les mécanismes la contrôlant. Ce document étudie quels concepts et outils facilitent l'étude et la compréhension des phénomènes impliqués dans le devenir du carbone produit à la surface des océans qui sédimente après avoir traversé différents réseaux trophiques entre le voisinage de la surface et les grandes profondeurs. Deux verrous informatiques principaux sont identifiés pour élaborer ce laboratoire virtuel : l'intrication de modèles multidisciplinaires et les interactions multi-échelles. L'analyse de la dynamique de ce système complexe grâce à la théorie de compétition pour les ressources nous permet d'interpréter les interactions écologiques et biochimiques dans des régions stables de l'océan. Cet aspect ne prenant en compte que les interactions entre populations, nous avons étudié la pompe biologique sous une approche basée agent. L'écosystème virtuel créé s'est avéré stable et donc particulièrement intéressant pour la prévision de la réponse à des changements de paramètres. Cependant, ce genre de simulation basé agent est difficile à mettre en place et est lourd en calcul. Une approche multi-échelles (basée sur la théorie du bilan énergétique dynamique) nous a orienté vers le laboratoire que nous avons réalisé, programmé en langage C. Une approche par paquets de particules nous a permis d'obtenir des résultats qui semblent cohérents dans un temps raisonnable

Approche multi-agents de couplage de modèles pour la modélisation des systèmes complexes spatiaux : application à l'aménagement urbain de la ville de Métouia

In This work we present an agent-based approach for coupling models in the context of complex spatial systems. The main idea of our approach called Coupling4Modeling is the use of the space as a medium of interactions between the coupling agents to allow them to co-exist and interact according to a set of rules that govern these interactions. By playing the role of coupling factor, space allows coupling agents to exchange data and to observe the results of pragmatic coupling of different models constituting the studied spatial complex sys-tem. This approach consisting in a methodology and an agent-oriented metamodel of coupling. Our metamodel is based on an organizational (AGRE) with holonic architecture that takes into consideration the specificity, autonomy and the calculation scale of each model. This notion of holon allows us to manage the heterogeneity of formalisms and spatio-temporal scales of models. In fact, spatial heterogeneity is managed by the decomposition of the collector and the interpreter agents until reaching the desired level of abstraction. These agents can move from one level to another by adapting the spatial scale of the space to the spatial scale of the model through conversion functions. The temporal heterogeneity is managed by a time agent that will calculate the future date in the execution of the model and a scheduler agent that will schedule these dates following the time scale of the simulation. We take the urban system of Metouia (Tunisia) as an example of spatial complex system, to study with details and to test our coupling4modeling approach. The main goal is to meet the needs of urbanists in terms of decision support in urban planning and to test our coupling approach coupling4modeling.Dans ce travail, nous présentons une approche de couplage de modèles orientée agent pour la modélisation des systèmes complexes spatiaux. L’idée principale est d’utiliser l’espace comme medium d’interaction entre les modèles à coupler pour leur permettre de coexister et d’interagir conformément à un ensemble de règles qui régissent ces interactions. En jouant le rôle de facteur de couplage, l’espace permet aux agents chargés du couplage d’échanger des données et nous permet d’observer les résultats concrets du couplage des différents modèles constituant le système complexe spatial étudié. Cette approche est composée d’une méthodologie et d’un métamodèle de couplage orienté-agent. Notre métamodèle est basé sur une architecture organisationnelle (AGRE) et de type holonique qui prend en considération la spécificité, l’autonomie et l’échelle de calcul de chaque modèle. Cette notion de holon nous permet de gérer l’hétérogénéité des formalismes et des échelles spatio-temporelles des modèles. En effet, l’hétérogénéité spatiale est gérée par la décomposition des agents de collecte et de spatialisation jusqu’à atteindre le niveau d’abstraction souhaité. Ces agents peuvent passer d’un niveau à l’autre en adaptant l’échelle spatiale de l’espace à l’échelle spatiale du modèle grâce à des fonctions de conversion. L’hétérogénéité temporelle est gérée par un agent de temps qui permettra de calculer la future date d’exécution du modèle et un agent scheduler qui se chargera de l’ordonnancement de ces dates sur l’échelle de temps de la simulation. Nous prenons le système urbain de Métouia (Tunisie), comme exemple de système complexe spatial à étudier pour répondre aux besoins des urbanistes en termes d’aide à la décision en aménagement et tester notre approche de couplage coupling4modeling

Réactivité des couvertures argileuses en présence de CO2 en conditions de stockage géologique profond : approche intégrée expérimentation / modélisation

Ces travaux donnent une vision multi-échelle de la réactivité de roches de couvertures argileuses, formations de confinement et de scellement du CO2 dans le réservoir géologique profond. La stratégie mise en œuvre depuis l'échelle expérimentale sur phases argileuses purifiées jusqu'à la modélisation intégrative à grandes échelles de temps et d'espace nous a permis d'identifier les processus géochimiques prépondérants, de vérifier la cohérence entre expérience et modélisation et de souligner les impacts opérationnels sur l'intégrité des couvertures à long terme. L'altération des ciments carbonatés est susceptible d'ouvrir la porosité de la roche et de créer d'éventuels chemins préférentiels pour l'écoulement du fluide réactif. L'altération des phases argileuses, notamment au travers du processus d'illitisation, réduit le volume d'occupation de la fraction argileuse mais limite considérablement l'ouverture de porosité dans les premiers centimètres de la roche. Le processus d'illitisation en milieu acide, déterminé expérimentalement et modélisé à petite et grande échelle, s'accompagne de précipitation de silice. Plus fondamentalement, ces travaux apportent de nouveaux paramètres cinétiques sur les minéraux argileux et mettent en évidence de nouvelles transformations structurales. Plus largement, cette étude contribue à l'acquisition de données qualitatives (chemins réactionnels d'évolution de roches de couverture à long terme, réactivité couplée carbonates/argiles) et quantitatives (distance de pénétration du CO2 dans la couverture) répondant ainsi à une partie de l'évaluation générale de performance et de sûreté du stockage géologique de CO2.This study offers a multi-scale vision of complex clayey caprocks reactivity and evolution. These formations are identified for the CO2 containment and sealing into the deep underground reservoir. From the experimental scale on purified clay minerals to integrative modeling at large space and time scales, the strategy developped allowed to identify the main geochemical processes, to check the good agreement between experiment and modeling, and to stress the operational impacts on long-term caprocks integrity.Carbonated cement alteration is likely to open caprock porosity and to create preferential reactive pathway for reactive fluid flow. Clay minerals alteration, including the illitization process, reduces the clay fraction volume but considerably limits the porosity increase. The illitization process in acidic conditions determined experimentally and by modeling at small and large scale, is coupled with silica precipitation. On the fundamental side, new kinetic parameters were determined for clay minerals and highlights new structural transformations. On the operational side, this study contributes to the acquisition of qualitative data (long-term reactive pathways of clayey caprocks, coupled carbonates/clays reactivity) and quantitative data (CO2 penetration distance into the caprock) to improve the performance and safety assessment of CO2 capture and geological storage

Développement d'une sonde électro-optique dédiée à la mesure simultanée du champ électrique et de la température au sein des milieux biologiques

Bioelectromagnetism is a research area lying at the intersection of biology and electromagnetism. This topic focuses on the study of interactions between electromagnetic waves and living tissues. The purpose of this work is the development of an optical sensor dedicated to the simultaneous measurement of electric field and temperature variations within biological media exposed to radiofrequency signals. It deals more specifically with the achievement an electro-optical probe, based on the Pockels effect, responding on one hand to the different metrology needs of dosimetric applications and, on the other hand, that is suited with the exposed media. Preliminary measurements concerns the analysis of the optical, thermo-optical and electro-optical properties of the different crystals of interest (which correspond to the transducing elements of these probes). Then, a pigtailed sensor has been developed and realized. This latter one allows to perform simultaneous measurements of electric field and induced heating, associated to RF dosimetry experiments. This property has led to an unprecedented dual assessment of the Specific Absorption Rate (SAR). Futhermore, thanks to its whole dielectric structure, this probe has also made ​​possible a first in situ characterization of intense nanosecond pulsed electric fields (nsPEF), related to cellular electroporation experiments .Le bioélectromagnétisme, domaine de recherche se situant au carrefour de la biologie et de l'électromagnétisme, s'intéresse à l'étude des interactions entre les ondes électromagnétiques et le vivant. La finalité de ces travaux de thèse concerne le développement d'un capteur optique dédié à la mesure simultanée du champ électrique et de la température au sein de milieux biologiques exposés à un rayonnement radiofréquence. Il s'agit donc, plus spécifiquement, de réaliser une sonde électro-optique répondant aux différents besoins métrologiques des applications dosimétriques et qui soit, de plus, compatible avec les milieux d'étude. Une campagne de mesure préliminaire a été dédiée à la caractérisation les propriétés optiques, thermo-optiques et électro-optiques des cristaux d'intérêt (éléments de transduction de ces sondes). Un capteur fibré a ensuite été réalisé. Ce dernier a permis d'effectuer des mesures simultanées de champ électrique et de température dans le cadre d'expérimentations en dosimétrie radiofréquence, permettant ainsi une caractérisation duale inédite du Débit d'Absorption Spécifique (DAS). Cette sonde, entièrement diélectrique, a également rendu possible une première discrimination du profil temporel d'impulsions nanosecondes de fortes amplitudes au sein d'une solution biologique, dans le cadre d'expérimentations en électroporation cellulaire

Développement d'un modèle Euler-Lagrange robuste pour la simulation des écoulements solide-liquide dans les opérations de mélange

Les opérations de mélange solide-liquide en cuves agitées jouent un rôle clef dans de nombreux procédés, que ce soit dans la fabrication de produits alimentaires, pharmaceutiques, cosmétiques, ou pour promouvoir l’homogénéité de suspensions, ce qui est particulièrement vital au bon fonctionnement des réacteurs chimiques employant un catalyseur solide. Malgré leur importance indéniable pour l’industrie chimique et les efforts considérables qui ont été déployés afin de mieux les comprendre, la conception et l’optimisation de ces opérations demeurent un grand défi. En effet, la quasi-totalité de la littérature se concentre sur le régime d’opération pleinement turbulent, malgré le fait que de nombreux procédés industriels soient opérés en régimes laminaire ou transitoire. Malheureusement, la littérature sur ces derniers régimes d’opération est quasi-inexistante. De plus, bien que le régime d’opération turbulent ait fait l’objet d’un grand nombre d’études, celles-ci se sont principalement concentrées sur la prédiction, à l’aide de corrélations empiriques ou semi-empiriques, de la vitesse nécessaire pour la suspension complète des particules (Njs), c’est-à dire la vitesse d’agitation nécessaire pour suspendre toutes les particules hors du fond de la cuve. Cependant, de nombreux procédés pourraient être opérés dans des conditions différentes telles que la suspension partielle ou complètement homogène. Le premier cas permettrait d’économiser de l’énergie et d’éviter des contraintes trop fortes sur l’agitateur, tandis que le second assurerait une cinétique de réaction et une qualité de produit nettement mieux contrôlée. Dans ces deux situations, la connaissance de Njs n’est que d’une aide limitée. Pour mieux opérer et concevoir ces unités, il est nécessaire de pouvoir prédire la distribution et la dispersion des particules solides ainsi que les patrons d’écoulement au sein de la cuve. L’étude des systèmes de mélange solide-liquide représente une difficulté importante, car l’opacité des suspensions solide-liquide limite fortement la mesure de variables locales telles que les profils de concentration. Ainsi, la majeure partie des travaux expérimentaux n’ont mesuré que des paramètres globaux, tels que le couple sur l’agitateur, la fraction de particules suspendues ou Njs. La mécanique des fluides numérique (CFD), complémentaire à l’expérience, permet quant à elle d’investiguer à la fois les paramètres globaux, mais aussi ce qui se passe localement en tout point de la cuve. Cependant, la modélisation d’écoulements multiphasiques renferme de nombreux défis compte tenu de l’interaction multiéchelle (de temps et d’espace) entre les phases. Les nombreux modèles capables de modéliser ces types d’écoulements sont décrits dans cette thèse, dans l’objectif de faire ressortir leurs forces ainsi que leurs limites. Parmi ceux-ci, il est montré que seuls les modèles à deux fluides, où la phase solide est modélisée comme un second fluide, ont été utilisés exhaustivement pour aborder le mélange solide-liquide. Cependant, ces modèles souffrent d’une incapacité à bien décrire les régimes rapides et denses d’écoulement granulaire (comportement de Burnett et de super Burnett) ainsi que de plusieurs difficultés à saturer la concentration de solide lorsque les particules sont à leur fraction maximale d’empilement. La CFD-DEM, une famille de modèles relativement récents qui combinent la CFD pour la phase fluide et la méthode des éléments discrets (DEM) pour les particules solides permet quant à elle de décrire la dynamique de la phase granulaire avec un grand degré de précision et a largement fait ses preuves dans l’étude de milieux solide-gaz. Cependant, cette méthode n’a jamais été employée rigoureusement pour l’étude d’écoulement solide-liquide dans des géométries complexes telles que des mélangeurs. Pour que ceci soit possible, de nombreux développements mathématiques sont nécessaires afin de s’assurer que le schéma soit stable, qu’il converge (en temps et en espace) et qu’il soit capable de simuler des géométries complexes en mouvement tels que les agitateurs. La conception d’un tel modèle et son application à l’étude de la dynamique du mélange solide-liquide et de la mise en suspension de particules solides est l’objectif principal de cette thèse. En premier lieu, un schéma volume fini de type Pressure Implicit with Splitting of Operator (PISO) pour résoudre les équations de Navier-Stokes moyennées volumiquement (VANS), nommé PISO-VANS, est établi. La résolution de ces équations est une partie essentielle d’un modèle CFD-DEM applicable à des écoulements concentrés. Afin de vérifier la cohérence du schéma PISO-VANS pour la résolution des équations VANS, une méthodologie basée sur la méthode des solutions manufacturées est développée afin d’établir des cas tests analytiques permettant d’effectuer des tests de convergence numérique. Ces tests, les premiers de ce genre, démontrent que le schéma proposé converge à la précision désirée, c’est-à-dire qu’il est bien de second ordre en temps et en espace. Ensuite, cette méthodologie est employée pour vérifier un nouveau schéma permettant de résoudre les équations VANS avec la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM). Ce schéma est basé sur un nouvel opérateur de collision. Il est démontré, à l’aide d’une analyse de Chapmann-Enskogg, que la formulation proposée permet de retrouver les équations VANS. Cet opérateur est le premier permettant de résoudre les équations VANS avec la LBM lorsque la fraction volumique n’est pas constante dans l’espace, une capacité essentielle pour l’étude d’écoulements polyphasiques ou dans des milieux poreux. Dans la troisième partie de ce travail, une nouvelle méthode de condition immergée semiimplicite permettant de modéliser des corps rigides en rotation est développée. Cette méthode est conçue pour bien s’harmoniser avec le schéma PISO et pour être fonctionnelle sur un maillage non structuré polyédrique tout en demeurant parallèle. Cette méthode est tout d’abord vérifiée sur des cas tests académiques tels que l’allée de von Karman derrière un cylindre, ainsi qu’un écoulement de Taylor-Couette entre deux cylindres. Il est montré que le schéma peut bien reproduire les vortex de von Karman, mais qu’il dégrade l’ordre du schéma volume fini de 2 à 1.33 dans le cas de l’écoulement de Taylor-Couette. Le schéma est finalement validé expérimentalement et comparé à d’autres méthodes numériques permettant de simuler des géométries en rotation. Un accord quasi parfait est obtenu. La quatrième partie de ce travail résulte directement de la combinaison du schéma volume fini PISO-VANS avec la méthode de conditions immergées afin de simuler le mélange solideliquide, du démarrage au régime permanent, à l’aide de la CFD-DEM. Différentes stratégies de couplage entre les phases sont testées et il est montré que, contrairement au cas gaz-solide, un couplage explicite est préférable, car il atténue les erreurs de moyenne volumique. Il est aussi démontré qu’un modèle de rhéologie est nécessaire afin de considérer la dissipation à l’échelle inférieure à une taille de maille. Le modèle complet est ensuite validé qualitativement, en comparant des profiles particuliers d’écoulements obtenus au début de la suspension des particules, et quantitativement, à travers la comparaison avec l’expérience de la fraction de particules suspendues mesurée par la technique de pression de jauge (PGT). À nouveau, un excellent accord est obtenu entre les données expérimentales et les résultats du modèle. Dans la cinquième partie de ce travail, le modèle CFD-DEM est modifié afin de permettre l’étude des écoulements turbulents à l’aide de la simulation aux grandes échelles turbulentes (LES). Suite à une validation avec l’expérience, deux nouvelles techniques de mesure de la fraction de particules suspendues, l’analyse lagrangienne de fraction suspendue (LSFA) et l’analyse de fraction de décorrélation (DFA), sont introduites. Les résultats issus de ces méthodes sont ensuite comparés à ceux obtenus numériquement et expérimentalement par la méthode de pression de jauge. Il est montré que ces deux méthodes sont pratiquement aussi précises que la PGT, mais qu’elles sont aussi plus versatiles, car elles peuvent être appliquées à toutes les géométries et ne nécessitent pas de simulations sur des larges plages de vitesse d’agitation. Dans la sixième partie de ce travail, le modèle CFD-DEM est utilisé pour étudier en détail le mélange solide-liquide en régime laminaire et transitoire. Notamment, l’impact du dégagement de l’agitateur et de la présence de chicanes sur la fraction de particules suspendues et la dynamique du mélange solide-liquide est établi. Il est montré que de réduire le dégagement au fond de l’agitateur permet de prévenir l’apparition de zone mortes à haute vitesse. De surcroît, une étude de sensibilité sur les paramètres de la DEM est effectuée et montre que seule la friction entre les particules joue un rôle significatif sur la dynamique de la phase solide. Finalement, une brève discussion permet de résumer les résultats obtenus et de donner de nombreuses pistes de travaux pouvant faire suite à ce qui fut développé dans le cadre de cette thèse. ---------- Despite the fact that solid-liquid mixing plays a key role in the production of a wide variety of consumer goods such as pastes, paints, cosmetics, propellants, pharmaceuticals, and food products as well as in the operation of chemical reactors with solid catalysts, it still faces considerable challenges. Most research on solid-liquid mixing has focused on the fully turbulent regime of operation even though many industrial operations take place in the laminar or transitional regime. In particular, it is unclear how the rheology of a suspension, particle interactions, and a complex rotating geometry impact flow patterns and particles distribution and dispersion in these regimes. Although more is known about the turbulent regime of operation, most research on this type of regime has been devoted to the prediction of the just-suspended speed (Njs ), which is the impeller speed at which all particles are suspended in the liquid phase. However, numerous mixing operations require a different state of operation. For these processes, operating at Njs can lead to energy overconsumption, product fouling, or inhomogeneous reactions due to the presence of dead zones. Consequently, more information on the velocity patterns and distribution of particles in agitated vessels is required. To shed light on issues related to solid-liquid mixing, numerical and experimental investigations are essential. However, due to the opacity of most viscous suspensions, local measurements of the flow field using optical techniques are highly problematic. Consequently, almost all experimental measurements have been limited to determining the global characteristics of the mixing flow such as the fraction of suspended particles or the torque acting on the impeller. However, CFD simulations of these systems do not suffer from these drawbacks. A variety of models have been developed to simulate solid-liquid flows. These include the classic Eulerian-Eulerian (or two-fluid) model and the combination of the Discrete Element Method (DEM) for the particles and CFD method for the liquid phase (CFD-DEM). Although it possesses enormous potential due to its formulation, notably as regards to its natural capacity to reproduce the maximal packing fraction of solid particles, the ability of the CFD-DEM approach to accurately model solidliquid flows in complex geometries has not yet been proved. In addition, the method has not been validated experimentally for solid-liquid flows. However, this type of model could theoretically allow for a quantitative assessment of flow patterns, particle distributions, and the fraction of suspended particles. In this thesis, a CFD-DEM model is developed to model the suspension of particles in a stirred tank, from start-up to steady state and in all regimes of operation. The model is used to improve our understanding of solid-liquid mixing, notably the issue of predicting the fraction of suspended particles. It is shown to be a quantitative tool that can predict the state and dynamics of a suspension. A methodology is designed to verify a Pressure Implicit with Splitting of Operator (PISO) scheme for the volume-averaged Navier-Stokes (VANS) equations (Article 1). We recall that these equations are essential for the unresolved CFD-DEM method. The methodology, which is based on the method of manufactured solutions, is used to design analytical solutions for the VANS equations for which order of convergence analyses are carried out. The validity of the semi-implicit scheme is established by demonstrating the second-order convergence of the scheme for various complex 2D cases. A novel collision operator for the Lattice Boltzmann Method (LBM) is designed to solve the VANS equations (Article 2). It is demonstrated analytically that this operator solves the VANS equations with second-order accuracy. Numerical test cases designed using the process established in Article 1 were used to confirm these results. The model is able to solve cases where there are large void fraction gradients in the domain. To our knowledge, is the first time that this has been achieved. A semi-implicit immersed boundary method (PISO-IB) is developed to study rotating rigid bodies such as impellers (Article 3). The method is verified using academic test cases, namely the Taylor-Couette flow and the Von Karman vortex street behind a static and a moving cylinder. The scheme accurately reproduces vortex shedding, but degrades the order of convergence of the overall finite volume scheme from 2 to 1.33 in the Taylor-Couette case. The PISO-IB method is validated for single phase mixing, and good agreement is obtained between this method and experimental torque measurements. The methods developed in the first and third sections are then combined to formulate a CFD-DEM scheme for solid-liquid mixing (Article 4). The formulation of the model is analyzed, and two coupling approaches (implicit and explicit) are investigated. Explicit coupling leads to a more stable scheme for viscous fluids. However, due to unresolved hydrodynamic dissipation at the particle scale, a rheology model be introduced into the model. The complete model is validated qualitatively using photographs of the peculiar particle dynamics observed experimentally as well as quantitatively by comparing the fraction of suspended particles measured numerically with experimental data obtained using the pressure gauge technique. The validated CFD-DEM model is extended to the turbulent regime using a large-eddy simulation (LES) approach (Article 5). The model accurately reproduces the fraction of suspended particles measured experimentally. Two new techniques to calculate the fraction of suspended particles, the Lagrangian suspended fraction analysis (LSFA) and the decorrelated fraction analysis (DFA), are developed. These two techniques can be used to calculate the fraction of suspended particles for any vessel bottom, without requiring the simulation of numerous impeller velocities, something that cannot be accomplished using the pressure gauge technique. The entire set of tools described in the previous article is used to study the suspension of solid particles in the laminar and transitional regimes in detail (Articles 6). A parametric study of the model parameters is performed. It shows that only the coefficient of friction plays a role in the solid dynamics. Alternative geometries are also studied by varying the impeller clearance and by adding or removing baffles. These results show that reducing the clearance results in a better distribution of particles and prevents the creation of a dead zone below the impeller. This thesis finishes with a short discussion of the overall capabilities of the model and future research that could arise from it

Prise en compte des dépendances entre données thématiques utilisateur et données topographiques lors d’un changement de niveau de détail

With the large availability of reference topographic data, creating geographic data is not exclusive to experts of geographic information any more. More and more users rely on reference data to create their own data, hereafter called thematic data. Reference data then play the role of support for thematic data. Thematic data make sense by themselves, but even more by their relations with topographic data. Not taking into account the relations between thematic and topographic data during processes that modify the former or the latter may cause inconsistencies, especially for processes that are related to changing the level of detail. The objective of this thesis is to define a methodology to preserve the consistency between thematic and topographic when the level of detail is modified. This thesis focuses on the adaptation of thematic data after a modification of topographic data: we call this process thematic data migration. We first propose a model for the migration of punctual thematic data hosted by a network. This model is composed of: (1) a model to describe the referencing of thematic data on topographic data using spatial relations (2) a method to re-locate thematic data based on these relations. The approach consists in identifying the expected final relations according to the initial relations and the modifications of topographic data between the initial and the final state. The thematic data are then re-located using a multi-criteria method in order to satisfy, as much as possible, the expected relations. An implementation is presented on toy problems and on a real use case provided by a French public authority in charge of road network management. The extension of the proposed model to take into account the relations for other applications than thematic data migration is also discussedAvec l'importante disponibilité de données topographiques de référence, la création des données géographiques n'est plus réservée aux professionnels de l'information géographique. De plus en plus d'utilisateurs saisissent leurs propres données, que nous appelons données thématiques, en s'appuyant sur ces données de référence qui jouent alors le rôle de données support. Les données thématiques ainsi saisies font sens en tant que telles, mais surtout de par leurs relations avec les données topographiques. La non prise en compte des relations entre données thématiques et topographiques lors de traitements modifiant les unes ou les autres peut engendrer des incohérences, notamment pour les traitements liés au changement de niveau de détail. L'objectif de la thèse est de définir une méthodologie pour préserver la cohérence entre les données thématiques et topographiques lors d'un changement de niveau de détail. Nous nous concentrons sur l'adaptation des données thématiques suite à une modification des données topographiques, processus que nous appelons migration des données thématiques. Nous proposons d'abord un modèle pour la migration de données thématiques ponctuelles sur réseau composé de : (1) un modèle pour décrire le référencement des données thématiques sur les données topographiques par des relations spatiales (2) une méthode de relocalisation basée sur ces relations. L'approche consiste à identifier les relations finales attendues en fonction des relations initiales et des changements sur les données topographiques entre les états initial et final. La relocalisation est alors effectuée grâce à une méthode multicritère de manière à respecter au mieux les relations attendues. Une mise en œuvre est présentée sur des cas d'étude jouets et sur un cas réel fourni par un service de l'Etat gestionnaire de réseau routier. Nous discutons enfin l'extension du modèle proposé pour traiter la prise en compte des relations pour d'autres applications que la migration de données thématique

Contribution à la modélisation analytique tridimensionnelle de l'auto-échauffement dans les transistors bipolaires à hétérojonction de type Si/SiGe

Le travail présenté dans ce document propose une contribution à la modélisation analytique tridimensionnelle de l'auto-échauffement dans les transistors bipolaires à hétérojonction de type Si/SiGe. Après avoir présenté le contexte bibliographique, nous avons mis au point un modèle analytique du comportement thermique transitoire d'un TBH SiGe à l'échelle macroscopique. Ce modèle utilise la méthode des quadripôles thermiques et repose sur les transformées intégrales du temps et de l'espace. Un autre intérêt de ce modèle est l'identification du paramètre mal connu que représente la conductivité thermique de la couche composite de passivation. Nous avons, également, optimisé une méthode expérimentale transitoire permettant de mesurer des paramètres de résistance thermiques et de capacité thermique. Cette étape permet de valider le modèle macroscopique et fournit ainsi un outil de caractérisation thermique des TBH SiGe.The work presented in this document proposes a contribution to the three-dimensional analytical modelling of the self -heating in the bipolar transistors with heterojunction of the Si/SiGe type. In a first time the bibliographical context is presented. Then, an analytical model of the transitory thermal behaviour of a TBH SiGe on a macroscopic scale is developed. This model uses the method of the thermal quadruples and rests on the integral transforms of time and space. Another interest of this model is the identification of the badly known parameter which the thermal conductivity of the composite layer of back-end represents. We, also, optimized a transitory experimental method allowing measuring thermal heat capacity and strength parameters. This step makes it possible to validate the macroscopic model and thus provides a thermal tool for characterization of the TBH SiGe

Etude morphologique de la formation des ravines sur les dunes martiennes (approche comparative Terre/Mars.)

L histoire géologique récente de Mars reste peu étudiée, comparativement à l histoire primitive de Mars (>3,5 Ga). Cependant, l arrivée de nouvelles images haute résolution a permis d identifier la présence de ravines à la surface de terrains très récents. Dans ce travail, nous nous sommes attaché à caractériser la morphologie des ravines et les processus qui les ont générés. Ces nouvelles observations relancent la question de la présence d eau liquide actuellement à la surface de Mars que ce soit à l état pur ou sous forme de mélange (saumure, coulée de débris...). Des simulations expérimentales en chambre froide à la pression atmosphérique de Mars et de la Terre ont été menées. Elles ont notamment permis de quantifier le rôle de la teneur en eau dans la couche active du pergélisol sur le mécanisme de formation des ravines et leur mobilité. Nous avons également décrit l évolution saisonnière de petits réseaux ramifiés qui se sont développés chaque année au printemps durant la période 2007-2012.The recent geological history of Mars remains poorly studied, in comparison to theearly history of Mars (>3,5 Ga). However, the acquisition of new high-resolution imagesallowed to identified the presence of gullies on the surface of recent landforms such asdunes. In this work, we focused on characterizing the morphology of gullies and theirprocess(es) of formation. These new observations revive the issue of the presence of liquid water present on the surface of Mars than either pure or as a mixture (brine, debris flow ...). Experimental simulations in a cold room at Martian and terrestrial atmospheric pressure have been conducted. In particular, they allowed us to quantify the role of water content in the active layer of the permafrost in order to better constrain the mechanism of formation of gullies and their motion. We also described the seasonal evolution of small branched networks developed at spring during the 2007-2012 period.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Biosurveillance des retombées atmosphériques à l'aide de bryophytes : suivi des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) à diverses échelles spatio-temporelles

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants (POP) émis par les activités humaines suite à la combustion incomplète de la matière organique (industrie, chauffage, trafic routier...). En raison de leur faible taux de dégradation, de leur toxicité, de leur capacité à être transportés sur de longues distances et de leur bioaccumulation dans la matière organique, les HAP font l'objet d'une surveillance atmosphérique (directive cadre européenne 96/62/CE du 27 septembre 1996). Les bryophytes, plus communément appelées mousses, sont utilisées depuis une trentaine d'années pour la biosurveillance de la qualité de l'air. Leurs caractéristiques biologiques font de ces plantes terrestres d'excellents bioaccumulateurs des dépôts de polluants atmosphériques. Cependant, elles ont été peu utilisées pour la biosurveillance des HAP et pour des échelles spatiales et temporelles très limitées. Dans ce contexte, la thèse a pour objectif de valider l'utilisation de bryophytes comme outils pour la biosurveillance des retombées atmosphériques de HAP à différentes échelles spatio-temporelles. La première phase de ce travail a consisté en un développement analytique afin de valider l'analyse des HAP par chromatographie liquide associée à une détection par fluorescence (CLHP-FLD), l'extraction liquide-liquide des HAP contenus dans les dépôts totaux et l'extraction par liquide pressurisé (PLE) des HAP contenus dans les mousses. Cette dernière a été optimisée, grâce à la réalisation d'un plan d'expériences, et a été complétée par des tests de purification par extraction sur phase solide (SPE). Des études de terrain ont ensuite été réalisées afin d'évaluer les tendances temporelles à l'échelle saisonnière, annuelle et historique, ainsi que les tendances spatiales à l'échelle locale et régionale, des teneurs en HAP dans les mousses. Une étude menée sur des mousses d'herbier prélevées dans le Parc Naturel de Bertiz (Navarre, Espagne) entre 1879 et 2007 a permis d'identifier les sources historiques d'émission des HAP. Les bryophytes apparaissent comme de bons « témoins » de la contamination atmosphérique du passé. Une étude annuelle (2010-2011) de biosurveillance active menée à Bertiz a permis ensuite d'observer des tendances saisonnières des teneurs en HAP dans les mousses Hylocomium splendens (Hedw.) Schimp., liées aux variations des émissions atmosphériques et des conditions météorologiques, en particulier des précipitations. De plus, l'étude annuelle a révélé un fractionnement lors de l'accumulation par les mousses des HAP contenus dans les dépôts totaux, qui résulte d'une affinité des HAP pour les dépôts liée à leur solubilité et d'une affinité des HAP pour le végétal liée à leur propriété lipophile (KOW). Ainsi, le suivi des flux atmosphériques de HAP dans les dépôts totaux ne permet pas de prévoir a priori les teneurs de HAP dans les écosystèmes. Enfin, une analyse multivariée de la distribution spatiale des teneurs en HAP dans l'espèce Hypnum cupressiforme Hedw. prélevée en Espagne (Navarre), France (Île-de-France) et Suisse (Plateau Suisse et région de Bâle) a permis de caractériser les sources de contamination atmosphériques des régions étudiées et l'influence de paramètres environnementaux tels que l'altitude et la pluviométrie. ABSTRACT : Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants (POPs) emitted by human activities during incomplete combustion of organic matter (industry, domestic heating, road traffic…). Due to their low degradation rates, toxicity, long-range transport and bioaccumulation in organic matter, PAHs are monitored in the atmosphere (Council Directive 96/62/EC of 27 September 1996). Bryophytes, more commonly called mosses, have been used during the past three decades for biomonitoring air quality. Because of their biological characteristics, these terrestrial plants are excellent bioaccumulators of airborne pollutants. However, few studies concern PAH biomonitoring and they are usually restricted to studies limited in time and space. In this context, the thesis aims to validate bryophytes as tools for biomonitoring atmospheric deposition of PAHs on various space-time scales. The first step of this work consisted in developing the analytical procedures in order to validate PAH analysis by liquid chromatography associated with fluorescence detection (HPLC-FLD), liquid-liquid extraction of PAHs from bulk deposition and pressurized liquid extraction (PLE) of PAHs from mosses. The latter was optimized with a factorial design and was completed by purification tests with solid phase extraction (SPE). Field studies were then carried out to evaluate temporal trends of PAH levels in mosses at seasonal, annual and historical scales, as well as spatial trends, at local and regional scales. A study undertaken on herbarium mosses sampled in Bertiz Natural Park (Navarra, Spain) between 1879 and 2007 leaded to the identification of PAH historical emission sources. Bryophytes appear as excellent “witnesses” of the past atmospheric contamination. An annual biomonitoring study (2010-2011) at Bertiz showed seasonal trends of PAH content in mosses Hylocomium splendens (Hedw.) Schimp., which are related to variations of PAH emissions and weather conditions, particularly precipitations. Moreover, the annual study revealed a fractionation of PAHs while they are transferred from total deposition to the mosses, as the affinity of PAHs for deposition samples was related with their solubility and their affinity for the plant was related to their lipophilic property (KOW). Thus, monitoring PAH fluxes in total deposition does not give an a priori estimation of PAH contents in the ecosystems. Finally, multivariate analysis of the spatial distribution of PAHs in the species Hypnum cupressiforme Hedw. sampled in Spain (Navarra), France (Île-de-France) and Switzerland (Swiss Plateau and Basel area) leaded to the characterization of the atmospheric contamination sources in the different areas and the influence of environmental parameters such as elevation and pluviometry