L'objectif de ce travail consiste à mettre en place des modèles d'intelligence en essaim pour l'étude de l'émergence spatiale d'organisations dans des systèmes complexes auto-organisés, sous des contraintes multi-critères. Le contexte scientique de la formalisation dans le cadre de la modélisation des systèmes complexes est développé dans ce document. Une méthodologie est présentée et conduit au développement d'une heuristique complexe tissant des liens entre des modèles élémentaires bio-inspirés des algorithmes de type fourmis. Une application est développée et concerne la modélisation de l'usage de services - notamment des services culturels - en dynamique urbaine, ainsi que la modélisation des mécanismes d'adaptation de ces services en fonction de leurs usages.

L'ozone troposphérique, polluant secondaire affectant la santé des êtres vivants, concerne particulièrement le département des Alpes-Maritimes au cours de la saison photochimique. Espace littoral montagneux, ce territoire est largement dominé durant l'été notamment par des conditions anticycloniques permettant aux brises thermiques de s'exprimer. Ce régime de vent est au cœur de la problématique de la pollution par l'ozone puisqu'il entraîne fréquemment une accumulation des polluants primaires et secondaires au fil des jours au sein de la même masse d'air. Bien qu'étant un département faiblement industrialisé, les Alpes-Maritimes sont victimes d'un fort ensoleillement qui permet aux polluants primaires, émis majoritairement par le trafic routier près du littoral et par la végétation dans l'arrière-pays, de produire de l'ozone.<br />A travers les données de pollution issues du réseau de surveillance de la qualité de l'air d'AtmoPACA ainsi qu'à partir de très nombreuses mesures de terrain, l'objectif est de mieux appréhender les relations entre la variabilité spatiale et temporelle de l'ozone et celle des conditions météorologiques à différentes échelles. Après avoir détaillé l'historique des mesures d'ozone et de dioxyde d'azote disponibles dans le département, une première approche à macro-échelle est menée entre les réanalyses du NCEP et les niveaux de pollution par l'ozone dans neuf stations de mesures des Alpes-Maritimes. Ce premier niveau d'analyse permet de définir les configurations météorologiques générales caractérisant un épisode de pollution par l'ozone. La présence d'une dorsale anticyclonique sur l'Europe de l'ouest, associée à de faibles vitesses de vent, de faibles taux d'humidité relative en surface et d'une faible vorticité relative, provoque une dégradation de la qualité de l'air dans le département.<br /> Un second niveau d'analyse est alors abordé : il s'agit de préciser à méso-échelle et à micro-échelle les conditions météorologiques propices à de fortes concentrations d'ozone. Pour cela des campagnes de mesures itinérantes d'ozone sont effectuées dans l'ensemble du département ; une importante base de données est constituée sur la commune de Nice et dans ses alentours. Le recours au modèle météorologique RAMS permet alors de mieux comprendre la variabilité spatiale et temporelle de l'ozone induite par les conditions climatiques locales. Les variables météorologiques les plus corrélées aux concentrations d'ozone sont la vitesse du vent en surface, l'énergie cinétique turbulente, la hauteur de la couche limite atmosphérique et l'humidité relative. Tout indique que moins le volume d'air dans lequel les polluants primaires sont émis est important, et moins l'intensité du brassage de l'air est forte, alors plus les concentrations d'ozone sont élevées. Il semblerait également que ces conditions locales du temps aient plus d'influence sur les niveaux de pollution par l'ozone que la configuration synoptique à macro-échelle. Bien qu'étant nécessaire, la présence d'un anticyclone sur l'Europe de l'ouest n'est pas suffisante pour expliquer le comportement de l'ozone localement dans les Alpes-Maritimes.<br />Parallèlement à ces différentes approches, les origines spatiales de la pollution photochimique affectant cet espace littoral montagneux sont recherchées. L'advection d'importantes quantités d'ozone par la brise de mer en journée indique que ce polluant s'accumule au dessus de la mer ; excepté ce phénomène d'accumulation induit par des aller-retour de la masse d'air guidée par l'alternance entre la brise de mer et la brise de terre, l'origine des fortes concentrations d'ozone au dessus de la mer n'est pas clairement comprise. Il semblerait qu'un schéma de recirculation des masses d'air en trois dimensions permette la création d'un empilement de couches stratifiées sur la mer.

Le travail porte sur la description et l¤évaluation de stratégies adaptées pour la simulation de grandes structures avec non-linéarités non équitablement réparties, tel le flambage local dans les structures aéronautiques. Une stratégie dite de « relocalisation nonlinéaire » est présentée, permettant l¤introduction de schémas de résolution non-linéaire par sous-structure au sein des méthodes de décomposition de domaine classiques. Deux types de conditions aux limites sont proposés pour les problèmes locaux indépendants. Les résultats en termes de performances sont présentés sur des exemples de structures représentatives des cas industriels. Enfin, une stratégie de résolution multiéchelle s¤appuyant sur une décomposition micro/macro des champs d¤interface est proposée pour la résolution des problèmes linéarisés obtenus pour les structures de plaques et coques. Son application dans le cadre non-linéaire est présentée, ainsi que les perspectives de recherche ouvertes par ces travaux.

Le comportement hydro-mécanique des roches argileuses indurées étudiées par l'ANDRA, pour la faisabilité de l'enfouissement des déchets radioactifs, est identifié expérimentalement à différentes échelles complémentaires dans le but de fournir des éléments pour l'élaboration future de modèles micromécaniques. La localisation spatiale et temporelle des déformations et de l'endommagement est analysée par des mesures de champs (corrélation d'images numériques) et par l'enregistrement d'émissions acoustiques. Les évolutions de la roche au cours des succions sont revisitées de par les apports des observations de la microstructure et des mesures locales de déformations associées aux évolutions de masse. Aux faibles humidités, la perte d'eau induit de la contraction avec refermeture des fissures existantes. Pour les fortes humidités, du gonflement est associé à de la prise d'eau. L'ouverture des fissures existantes et la création d'un nouveau réseau de fissures (de taille millimétrique et d'ouverture de la dizaine de micromètres) contribuent au gonflement apparent observé. Les caractéristiques mécaniques apparaissent dépendantes de la microstructure initiale de la roche (argilosité) et de la microstructure induite par les transferts hydriques (fissuration hydrique). Les états secs présentent des déformations réparties de façon homogène à l'échelle macroscopique et en lien avec la nature hétérogène des phases minérales à l'échelle locale. A cette échelle, la déformabilité est maximale pour les zones à prédominance argileuse. Pour les états humides, aussi bien globalement que localement, la distribution des déformations est hétérogène, dictée à la fois par la microstructure composite de la roche et par la présence du réseau de fissures hydriques.

Dans cette thèse et dans le but d'améliorer le ratio temps/précision des calculs de simulation numérique, nous explorons les techniques multi-échelles pour la résolution des équations de la cinétique des réacteurs. Nous choisissons de nous focaliser sur l'approximation mixte duale de la diffusion et sur les méthodes quasi-statiques. Nous introduisons une dépendance spatiale dans la fonction d'amplitude qui ne dépend que de la variable temps dans le contexte quasi-statique standard. Avec cette nouvelle factorisation, nous développons deux problèmes mixtes duaux qui peuvent être résolus avec le solveur MINOS du CEA. Un algorithme est implémenté, effectuant la résolution des ces problèmes définis sur des échelles différentes (en temps et espace). Nous nommons cette approche : la méthode Quasi-Statique Locale. Nous présentons ici cette approche multi-échelle et sa mise en \oe uvre. Les détails propres aux traitements de l'amplitude et de la forme sont développés et justifiés. Les résultats et performances, comparés à MINOS, sont étudiés. Ils illustrent l'amélioration du ratio temps/précision pour les calculs de cinétique. De plus, nous ouvrons de nouvelles possibilités pour paralléliser les calculs avec MINOS. Pour la suite, nous introduisons aussi quelques pistes d'amélioration avec les échelles adaptatives.

L'objet de cette thèse est de réfléchir aux difficultés que pose l'intégration du risque aux stratégies d'aménagement des territoires locaux. Si les politiques mises en place à l'échelle nationale font du risque une véritable question d'aménagement, leur mise en oeuvre à l'échelle locale se traduit souvent par des dysfonctionnements et des conflits. Les projets de renouvellement urbain de Seine-Amont et de l'Est londonien offrent l'opportunité de prendre en compte le risque en amont des aménagements urbains. Mais dans la pratique, les acteurs locaux peinent à trouver des compromis entre les impératifs du développement territorial, et la nécessité de réduire la vulnérabilité des biens et des populations en limitant l'urbanisation dans les lits majeurs. Le risque n'est pas nié, mais il ne constitue pas une priorité et n'est pas considéré comme une composante intrinsèque des territoires. Par conséquent les projets en cours de réalisation contribuent à accroître la vulnérabilité des deux espaces étudiés.<br />Les projets de renouvellement urbain sont placés sous le signe du développement durable : comment dès lors concevoir des stratégies d'aménagement durable de ces espaces ? S'il est impossible d'éliminer le risque, il paraît souhaitable de mettre en place un système d'aménagement qui intègre le risque à toutes les échelles. La comparaison des outils de gestion et des mécanismes de gouvernance existants dans les deux pays permet d'envisager la planification stratégique des espaces fluviaux et de construire, dans les deux espaces étudiés, des territoires non plus vulnérables, mais résilients.

Notre objectif est de contribuer à la compréhension du fonctionnement du système Méditerranéen grâce à la modélisation.<br />Nous nous intéressons d'abord à la formation et au devenir des masses d'eau en Méditerranée nord-occidentale. L'influence de la résolution spatiale du modèle océanique est examinée lors de l'étude de la convection profonde au large pour une année réelle. Le rôle essentiel joué par les structures de méso-échelle dans la formation et le devenir de l'eau profonde est mis en évidence. La comparaison de simulations effectuées avec différents forçages atmosphériques permet de montrer l'influence de la résolution spatiale de ce forçage sur la modélisation de la convection, liée à l'importance des extrêmes atmosphériques. Puis nous examinons l'impact de la variabilité interannuelle atmosphérique et du changement climatique sur la formation d'eau dense sur le plateau du Golfe du Lion. Les volumes d'eau dense formée, exportée, et cascadant sont corrélés à la perte de chaleur atmosphérique hivernale. L'intensification de la stratification de la colonne d'eau d'ici la fin du XXIème siècle provoque une quasi-disparition du cascading.<br />L'influence des processus physiques sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. L'étude d'une année de référence permet de valider le modèle et d'en soulever les points faibles. Si les bilans de production présentent une faible variabilité interannuelle, celle de l'exportation de carbone et du métabolisme net est plus marquée. Le changement climatique provoque une augmentation de la production primaire et une intensification de la boucle microbienne.

Ce travail s'inscrit dans le cadre des études de l'interaction argile/polluant, concernant l'utilisation des argiles comme barrière d'un site de stockage de surface. Le travail présenté se propose de relier les variations de la perméabilité avec les modifications structurales et microtexturales pouvant être induites par la fixation d'un cation métallique sur une argile. Parmi 3 matériaux argileux albanais présélectionnés, celui de Prrenjas, formé par pédogenèse puis sédimentation continentale aux dépens d'une roche mère (ultrabasique), a été choisi en raison de ses caractéristiques proches d'une bentonite. Cette bentonite se caractérise par la présence majoritaire de smectite, par une CEC élevée, (90 meq/100 g), de Mg2+ majoritaire en position interfoliaire et la présence d'illite (11%) interstratifiée. Au MET la bentonite de Prrenjas a une morphologie particulière, avec une texture en microagrégats constitués de petites particules, qui la différencie des bentonites «modèles», du type Wyoming. Les études de l'interaction de l'argile en suspension avec des solutions de concentrations variées en Pb(NO3)2 couplées à l'étude de l'évolution structurale et microtexturale du matériau ont permis d'observer l'effet de Pb2+ sur l'argile de Prrenjas et sur l'argile de référence, Wyoming (SPV) échangée-Mg. Une diminution de l'hydratation de l'espace interfoliaire en fonction de la fraction molaire de Pb2+ a été observée par DRX. Les clichés de MET ont montré, pour l'argile de Prrenjas, une fragmentation des microagrégats qui la constituent en petites particules. Par contre, l'argile de référence paraît peu modifiée. La spectrométrie XPS indique une fixation de Pb2+, en surface des particules, plus importante pour l'argile de Prrenjas que pour l'argile de référence. Les essais de longue durée de fixation de Pb2+, par percolation d'une solution de Pb(NO3)2 à forte concentration (10-2 M) à travers l'argile compactée, ont montré une augmentation de la perméabilité d'un facteur 40, comportement, sans commune mesure, avec celui de la montmorillonite de référence (facteur 2). Les observations au cryo-MEB de l'argile compactée après la percolation de Pb(NO3)2 10-2M montrent des chemins d'écoulement connectés qui expliquent l'augmentation observée du débit. Finalement, ce travail montre que l'augmentation de la perméabilité, observée pour l'argile de Prrenjas, est une conséquence des modifications structurales aux différentes échelles d'organisation du matériau.

L'étude du comportement des voies ferrées ballastées sous les passages de trains à grandes vitesses est une des recherches les plus importantes dans le domaine des transports. À cause du passage répété de trains à grandes vitesses, des tassements verticaux différentiels sont observés tout au long de la voie ferrée. Ces tassements dépendent de la qualité de la plate-forme, de la vitesse de roulement ainsi que du comportement dynamique de la voie. Ils peuvent menacer le confort et la sécurité des passagers et nécessiter des coûts élevés de maintenance pour rendre la voie à sa géométrie initiale. Pour progresser dans la compréhension du phénomène de tassement, un essai à échelle réduite constitué de trois traverses est proposé. Les traverses sont mises en charge à l'aide de trois vérins hydrauliques fournissant des signaux ayant la forme de la lettre M qui simulent les passages de bogies. Cet essai permet de mesurer plusieurs paramètres tels que les déplacements, les accélérations et les contraintes dans l'éprouvette. Il est modélisé par la méthode des éléments finis avec des comportements élastiques linéaires et avec deux zones différentes de ballast (compactée et non compactée). Les résultats numériques déterminés grâce à un modèle tridimensionnel sont comparés à ceux de la mesure. Le but essentiel de cet essai est d'établir une loi de tassement vertical pour un grand nombre de cycles dépendant d'un paramètre dynamique qui peut être déterminé par le modèle numérique tridimensionnel.

Les pâturages constituent un écosystème terrestre important. En France, ils occupent 21% de la superficie totale, ce qui justifie l'effort pour développer un suivi en temps réel de la production de la biomasse au niveau national, en prenant en compte la variabilité spatiale et temporelle des prairies. L'absence de méthodes indirectes de faible coût applicables à des grandes régions conduit à étudier les modèles de simulation du fonctionnement des cultures, comme dans le cas du système ISOP (Information et Suivi Objectif des Praires), et les possibilités offertes par la télédétection pour contribuer à améliorer le diagnostic fourni. Le travail effectué dans cette thèse a pour but d'évaluer ces possibilités. Pour cela, un nombre limité de treize régions fourragères (FR) de France ont été sélectionnées pour leur contexte géomorphologique, climatique et pédologique associé à leur production fourragère. Les données du capteur VEGETATION embarqué sur la plateforme SPOT4 (résolution spatiale de kilométrique) ont été utilisées pour fournir, à partir de modèles de déconvolution, les valeurs de réflectance correspondant à la signature d'une prairie pure. Celle-ci a été mise en relation avec certaines variables de croissance estimées par le modèle STICS-Prairie à l'intérieur du système ISOP. Au delà du bon accord général entre les deux types de données, l'analyse de ces relations a permis d'établir que celle qui lie les indices de végétation basés sur le moyen infrarouge (SWVI) et l'indice foliaire (LAI) était la plus forte. Les résultats obtenus confirment les capacités des données satellitaires à fournir des estimateurs de variables productives complémentaires de celles estimées à partir de modèles de simulation. En particulier les différences spatiales et temporelles entre les informations fournies par le satellite et les estimations du modèle, surtout pendant les périodes de récolte de biomasse dans les systèmes de production, pourraient contribuer à améliorer les estimations du modèle à l'échelle régionale.