L'énergie sombre est l'un des grands mystères de la cosmologie moderne, responsable de l'actuelle accélération de l'expansion de notre Univers. Son étude est un des axes principaux de ma thèse : une des voies que j'exploite s'appuie sur la structuration de l'Univers à grande échelle à travers un effet observationnel appelé effet Sachs-Wolfe intégré (iSW). Cet effet est théoriquement détectable dans le fond diffus cosmologique (FDC) : avant de nous parvenir cette lumière traverse un grand nombre grandes structures sous-tendues par des potentiels gravitationnels. L'accélération de l'expansion étire et aplatit ces potentiels pendant le passage des photons du FDC, modifiant leur énergie d'une façon dépendante des caractéristiques de l'énergie sombre. L'effet iSW n'a qu'un effet ténu sur le FDC, obligeant l'utilisation de données externes pour le détecter. Une approche classique consiste à corréler le FDC avec un traceur de la distribution de la matière, et donc des potentiels sous-jacents. Maintes fois tentée avec des relevés de galaxies, cette corrélation n'a pas donné à l'heure actuelle de résultat définitif sur la détection de l'effet iSW, la faute à des relevés pas assez profonds et/ou avec une couverture trop faible. Un partie de ma thèse est dédiée à la corrélation du FDC avec un autre fond "diffus" : le fond diffus infrarouge (FDI), qui est constitué de l'émission intégrée des galaxies lointaines non-résolues. J'ai pu montrer qu'il représente un excellent traceur, exempt des défauts des relevés actuels. Les niveaux de signifiance attendus pour la corrélation CIB-CMB excèdent ceux des relevés actuels, et rivalisent avec ceux prédits pour la futur génération de très grands relevés. Dans la suite, ma thèse a porté sur l'empreinte individuelle sur le FDC des plus grandes structures par effet iSW. Mon travail sur le sujet a d'abord consisté à revisiter une étude précédente d'empilement de vignettes de FDC à la position de structures, avec mes propres protocole de mesure et tests statistiques pour vérifier la signifiance de ces résultats, délicate à évaluer et sujette à de possibles biais de sélection. J'ai poursuivi en appliquant cette même méthode de détection à d'autres catalogues de structures disponibles, beaucoup plus conséquents et supposément plus raffinés dans leur algorithme de détection. Les résultats pour un d'eux suggère la présence d'un signal à des échelles et amplitudes compatible avec la théorie, mais à des niveaux modérés de signifiance. Ces résultats empilements font s'interroger concernant le signal attendu : cela m'a amené à travailler sur une prédiction théorique de l'iSW engendré par des structures, par des simulations basées sur la métrique de Lemaître-Tolman-Bondi. Cela m'a permis de prédire l'effet iSW théorique exact de structures existantes : l'amplitude centrale des signaux mesurés est compatible avec la théorie, mais présente des caractéristiques non-reproductibles par ces mêmes prédictions. Une extension aux catalogues étendus permettra de vérifier la signifiance de leurs signaux et leur compatibilité avec la théorie. Un dernier pan de ma thèse porte sur une époque de l'histoire de l'Univers appelée réionisation : son passage d'un état neutre à ionisé par l'arrivée des premières étoiles et autres sources ionisantes. Cette période a une influence importante sur le FDC et ses propriétés statistiques, en particulier sur son spectre de puissance des fluctuations de polarisation. Dans mon cas, je me suis penché sur l'utilisation des mesures de températures du milieu intergalactique, afin d'étudier la contribution possible de la désintégration et annihilation de l'hypothétique matière sombre. A partir d'un travail théorique sur plusieurs modèles et leur comparaison aux observations de température, j'ai pu extraire des contraintes intéressantes et inédites sur les paramètres cruciaux de la matière sombre et des caractéristiques cruciales de la réionisation elle-même. / The dark energy is one of the great mysteries of modern cosmology, responsible for the current acceleration of the expansion of our Universe. Its study is a major focus of my thesis : the way I choose to do so is based on the large-scale structure of the Universe, through a probe called the integrated Sachs-Wolfe effect (iSW). This effect is theoretically detectable in the cosmic microwave background (CMB) : before reaching us this light travelled through large structures underlain by gravitational potentials. The acceleration of the expansion stretches and flattens these potentials during the crossing of photons, changing their energy, in a way that depend on the properties of the dark energy. The iSW effect only has a weak effect on the CMB requiring the use of external data to be detectable. A conventional approach is to correlate the CMB with a tracer of the distribution of matter, and therefore the underlying potentials. This has been attempted numerous times with galaxies surveys but the measured correlation has yet to give a definitive result on the detection of the iSW effect. This is mainly due to the shortcomings of current surveys that are not deep enough and/or have a too low sky coverage. A part of my thesis is devoted to the correlation of FDC with another diffuse background, namely the cosmological infrared background (CIB), which is composed of the integrated emission of the non-resolved distant galaxies. I was able to show that it is an excellent tracer, free from the shortcomings of current surveys. The levels of significance for the expected correlation CIB-CMB exceed those of current surveys, and compete with those predicted for the future generation of very large surveys. In the following, my thesis was focused on the individual imprint in the CMB of the largest structures by iSW effect. My work on the subject first involved revisiting a past study of stacking CMB patches at structures location, using my own protocol, completed and associated with a variety of statistical tests to check the significance of these results. This point proved to be particularly difficult to assess and subject to possible selection bias. I extended the use of this detection method to other available catalogues of structures, more consequent and supposedly more sophisticated in their detection algorithms. The results from one of them suggests the presence of a signal at scales and amplitude consistent with the theory, but with moderate significance. The stacking results raise questions regarding the expected signal : this led me to work on a theoretical prediction of the iSW effect produced by structures, through simulations based on the Lemaître-Tolman-Bondi metric. This allowed me to predict the exact theoretical iSW effect of existing structures. The central amplitude of the measured signals is consistent with the theory, but shows features non-reproducible by my predictions. An extension to the additional catalogues will verify the significance of their signals and their compatibility with the theory. Another part of my thesis focuses on a distant time in the history of the Universe, called reionisation : the transition from a neutral universe to a fully ionised one under the action of the first stars and other ionising sources. This period has a significant influence on the CMB and its statistical properties, in particular the power spectrum of its polarisation fluctuations. In my case, I focused on the use of temperature measurements of the intergalactic medium during the reionisation in order to investigate the possible contribution of the disintegration and annihilation of the hypothetical dark matter. Starting from a theoretical work based on several models of dark matter, I computed and compared predictions to actual measures of the IGM temperature, which allowed me to extract new and interesting constraints on the critical parameters of the dark matter and crucial features of the reionisation itself

Cette thèse est une entreprise commune de VINCI Technologies et du laboratoire CNRS CORIA. De nombreux injecteurs comportent une zone de mélange interne dans laquelle les phases liquides et gazeuses sont toutes deux présentes dans une proportion significative. Par conséquent, cette zone appartient à la catégorie des écoulements diphasiques denses. Pour simuler la dispersion du liquide et caractériser le spray de ces injecteurs, des modèles appropriés sont nécessaires. Les points clés de cette approche sont la dispersion du liquide qui peut être associé au flux liquide turbulent et la quantité de surface liquide-gaz. En particulier, ce manuscrit rapporte, d’une part le développement théorique des modèles de la famille ELSA et, d’autre part, les approximations industrielles correspondantes. Le solveur proposé bascule dynamiquement du spray ICM au spray de sous- maille, à travers le concept ELSA et grâce à l’indicateur basé sur la résolution (IRQ). D’autre part, une fois la zone diluée se forme, l’approche ELSA est couplée à la méthode d’écoulement multiphase, qui vise à déterminer la distribution du spray à l’aide de l’équation WBE. Cette dernière équation est résolue avec une méthode hybride Euler-Lagrange. Le but est de résoudre l’équation WBE avec une approche stochastique Lagrangienne, tout en préservant la compatibilité avec la description Eulerienne de l’écoulement diphasique, basée sur ELSA, pour tirer parti des deux approches. Finalement, ces approches développées ont été utilisées pour des applications industrielles montrant leur robustesse et leur capacité à aider dans le processus de développement de nouveaux injecteurs. / This PhD is a joint venture between VINCI Technologies and the CNRS Laboratory CORIA. For its application, VINCI Technologies, developed mainly oil-related equipments and in particular injection/atomization systems. Some of these injectors are characterized by a very big geometrical dimensions (several meters long), that leads to very high Reynolds and Weber number. In addition, many injectors incorporate an internal mixing zone, in which liquid and gas phases are both present in a significant proportion. Consequently, this zone belongs to the dense two-phase flow category. To simulate the liquid dispersion and to characterize the spray formation special from these injectors, appropriate models are required. On its side, the CORIA team, has developed a suitable approach, so-called ELSA, based on the pioneering work of Borghi and Vallet [1, 2]. Key points of this approach are the liquid dispersion that can be associated to the turbulent liquid flux and the amount of liquid-gas surface that can be used to determine eventually the Sauter mean diameter (SMD) of the spray. During this PhD, the applications proposed by V INCI Technologies, have promoted a review of a large part of the multiphase flow approaches to find the more appropriate for each case. This has been the opportunity to clarify the range of application of each approach, and therefore stress the necessity to develop coupled approaches, in order to cover the proposed application in the most suitable way. In particular, this manuscript reports, in one hand, the theoretical development of the ELSA family models, and on the other hand, the corresponding industrial approximations. Since ELSA approaches are originally developed for RANS simulation of the dense zone, it has been extended to LES description. The link of this approach to the DNS¡ ICM approach, has been studied with a special care. The resulting proposed solver, switches dynamically from ICM to subgrid spray, through the ELSA concept, and thanks to resolution based indicator (IRQ). On the opposite side, once the dispersed spray is formed, the ELSA approach is coupled to multiphase flow method, that aims to determine the spray distribution through the WBE equation. This later equation, is solved with an original hybrid Euler-Lagrange method. The purpose is to solve the WBE equation with a Lagrange stochastic approach, and at the same time, preserving the compatibility to the Euler description of two-phase flow, based on ELSA, to benefit from both approaches. This coupled approach has been tested against academic experimental data coming from ECN research initiative, a combined DNS and experimental measurement of dispersed spray on a Diesel jet, and under an air-blast atomizer numerical test case, for which the mean liquid volume fraction has been measured. Eventually, these developed approaches have been applied to industrial application showing there robustness and their capacity to help in the process of design development of new injectors.

L’atomisation texturelle désigne le mécanisme d’arrachage de gouttes à l’interface d’un écoulement liquide libre. Cemécanisme est contrôlé par les caractéristiques de l’écoulement au sortir de l’injecteur et se manifeste dans son champproche. Peu étudiée, l’atomisation texturelle est un phénomène rapide, impliquant de très petites structures ligamentaireset produisant un brouillard de très fines gouttes. Le travail de cette thèse est une étude expérimentale d’un processusd’atomisation texturelle observé sur des écoulements produits par des injecteurs cavitants. Trois atomiseurs académiquestransparents sont utilisés et des diagnostics optiques sont mis en oeuvre : la LDV (vélocimétrie doppler laser) et le PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) pour décrire l’écoulement interne et le spray, respectivement, et l’imagerie fixe à forterésolution spatiale ou à haute-cadence pour les écoulements interne et externe. Une première observation montre un lienimportant entre le régime de cavitation et le processus d’atomisation texturelle. Une analyse impliquant la mesure devariabilité de l’écoulement et du processus d’atomisation texturelle quantifie ce lien. Ici, le processus d’atomisation estdécrit par la mesure de sa distribution d’échelle. Associée au concept de système équivalent, cette analyse multi-échellepermet de produire une écriture mathématique du processus étudié. Ce résultat est sans précédent. Complété par unedescription mathématique de la distribution de taille des gouttes produites, il offre un appui nouveau pour construire unmodèle d’atomisation ligamentaires présenté dans ce travail et qui relie taille et forme des ligaments aux populations degouttes formées. Ces analyses fines amènent une meilleure connaissance du mécanisme d’atomisation étudié. Par exemple, on apprend qu’à débit fixé, la hauteur du canal d’alimentation de l’orifice de décharge n’influence pas les processus d’atomisation texturelle. Par ailleurs, un critère est établi pour identifier la plus petite échelle de déformation des ligaments impliquée dans la production des gouttes. / Textural atomization designates the mechanism of drop peeling from the interface of a free liquid flow. This mechanismis controlled by the characteristics of the flow issuing from the injector and manifests at its vicinity. Almost uninvestigated,textural atomization is a rapid phenomenon, implies very small ligamentary structures and produces a mist of fine droplets.The work of this thesis is an experimental investigation of a textural atomization process observed on flows issuing fromcavitating injector. Three academic transparent atomizers are used and optical diagnostics are implemented: LDV (LaserDoppler Velocimetry) and PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) to describe the internal flow and the spray, respectively,and still imaging at high spatial resolution or high-speed imaging for the internal and external flows. A first observation revealsa strong link between the cavitation regime and the textural atomization process. An analysis implying the measurementof the variability of the internal flow and of the atomization process quantifies this link. Here, the atomization process isdescribed by the measurement of its scale distribution. Associated with the concept of equivalent system, this multi-scaleanalysis returns a mathematical expression for the investigated atomization process. This result is unprecedented. Completedby a mathematical description of the spray drop-diameter distribution, it offers a new support to build a model of ligamentaryatomization processes presented in this work and that connects ligament size and deformation to the drop populations. Thesefine analyses provide a better knowledge of the investigated atomization process. For instance, we learn that, at fixed flowrate, the height of the inlet pipe feeding the orifice has no influence on the atomization process. Furthermore, a criterion hasbeen established to identify the smallest ligament deformation scale implied in the drop production.

Pour ce travail, nous utilisons un micromodèle à haute complexité et à structure fixe pour faire une série d’expériences en variant la vitesse d’injection, la qualité de la mousse, les distributions de taille de bulles d’injection, et la méthode d’injection. Nous mettons en œuvre un suivi individuel de bulles pour associer les propriétés d’écoulement aux propriétés de taille de bulles ainsi que les caractéristiques structurelles du milieu poreux. Nous proposons de nouveaux outils pour décrire l’écoulement d’un point de vue global et local de différentes manières. Nous établissons des comportements spécifiques à chaque taille de bulle, en montrant que les bulles des mousses piégées sont plus probables d’être de taille inférieure aux tailles de bulles moyennes, alors que les mousses en mouvement accèdent elles-mêmes à différents chemins d’écoulement selon les tailles de bulles. Les bulles plus volumineuses s’écoulent en majorité dans des chemins préférentiels à haute vitesse, généralement parallèles au gradient de pression, mais les petites bulles sont transportées en supplément à l’intérieur de chemins transversaux liant les chemins préférentiels. Ailleurs, pour nos données nous démontrons l’importance supérieure de la fraction de mousse piégée vis-à-vis de la densité de bulles quant à l’explication microscopique de la viscosité apparente, malgré une contribution des deux. Nous caractérisons structurellement les zones piégées à répétition, comme étant soit des zones à faible coordination de pore, de faible taille de seuil d’entrée, d’orientation de seuil désavantageuse, ou une combinaison de ceux-ci. Les zones à fort écoulement échappent à une caractérisation en termes de paramètres de structure locale et nécessitent une considération de l’information des différents chemins traversant la totalité du modèle. À ce but, afin de décrire les zones à fort écoulement, nous développons un modèle générant des chemins, utilisant une représentation en graphe du milieux poreux, basé sur une décomposition initiale en pores et seuils, qui intègre seulement les notions de taille de seuil et d’orientation de seuil relatif au gradient de pression pour caractériser les chemins. / In this work, we use of a high-complexity micromodel of fixed structure on which we perform a series of experiments with varying injection rates, foam qualities, inlet bubble size distributions and injection methods. We perform individual bubble tracking and associate flow properties with bubble size properties and structural characteristics of the medium. We propose new tools describing the local and global flow in different ways. We establish specific behaviors for different bubble sizes, demonstrating that trapped foams are more likely to have smaller than average bubble sizes, while flowing bubbles also tend to segregate in different flow paths according to bubble size. Larger bubbles tend to flow in high-velocity preferential paths that are generally more aligned with pressure gradient, but smaller bubbles tend to access in supplement transversal paths linking the different preferential paths. Furthermore, for our data we establish the pre-eminence of the trapped foam fraction over bubble density within the microscopic explanation of apparent viscosity, although both contribute to some degree. We structurally characterize consistently trapped zones as areas with either low pore coordination, low entrance throat size, unfavorable throat orientation or a combination thereof. High-flow zones however cannot be characterized in terms of local structural parameters and necessitate integration of complete path information from the entire model. In this regard, in order to capture the high-flow zones, we develop a path-proposing model that makes use of a graph representation of the model, from an initial decomposition into pores and throats, that uses only local throat size and throat orientation relative to pressure gradient to characterize paths.

La dissolution de cavités karstiques appelle à une description multi-échelle. A partir d'une discussion des hypothèses les plus fréquemment utilisées, un modèle à l'échelle du pore (ou micro-échelle) est développé pour des schémas réactifs géochimiques simples. L'impact du choix de conditions aux limites réactives ou équilibre thermodynamique est discuté. Ce modèle à l'échelle du pore est ensuite utilisé pour le développement de modèles aux échelles supérieures. Le premier problème traité considère le transport sur une surface chimiquement hétérogène et rugueuse, caractérisée par une condition mixte pour le transfert de masse. Le modèle résultant est un modèle de surface effective (ESCM). Le concept de surface effective est développé à l'aide d'une méthode de décomposition de domaine. Dans ce contexte, vitesse, pression et concentration à la petite échelle près de la surface sont estimées par une méthode de développement asymptotique par rapport aux champs loin de la surface. Des problèmes de fermeture sont alors obtenus qui sont utilisés pour définir la position de la surface effective et les conditions aux limites effectives associées. L'effet sur les propriétés effectives de la position de la surface, des nombres sans dimension est étudié. Une comparaison entre des résultats numériques à petite échelle avec ceux obtenus par le modèle effectif montre un bon accord. Dans le cas du transport dans un milieu poreux, le deuxième problème de changement d'échelle étudié, une méthode de changement d'échelle basée sur la prise de moyenne spatiale est proposée (PMM) à partir du problème à l'échelle du pore avec des conditions aux limites d'équilibre thermodynamique ou réactives non-linéaires. Une expression générale du modèle macroscopique est obtenue impliquant plusieurs propriétés effectives qui sont données par la résolution de problèmes de fermeture à l'échelle du pore. Pour une cellule unitaire représentative stratifiée, les paramètres effectifs sont obtenus analytiquement ou numériquement, alors que les propriétés pour des cellules plus complexes 2D/3D sont obtenus numériquement. L'impact sur les paramètres effectifs des propriétés physiques à l'échelle du pore (en terme de nombre de Péclet, Damköhler et ordre de la réaction) est étudié pour des cellules unitaires 1D, 2D ou 3D. Un exemple d'application du modèle macroscopique est présentée en mettant l'accent sur l'apport potentiel des termes additionnels non-classiques sur la précision des prédictions. Le modèle macroscopique de dissolution de milieu poreux est aussi utilisé comme un modèle à interface diffuse (DIM) pour décrire la dissolution d'une cavité à grande échelle, une cavité de gypse dans l'illustration traitée dans la thèse. Le modèle est basé sur l'approximation de pseudo-constituant, avec une condition d'équilibre à l'échelle du pore sur l'interface fluide-solide. Une méthodologie numérique est proposée pour choisir correctement les paramètres effectifs du DIM de façon à reproduire avec suffisamment de précision les flux et la vitesse de récession de l'interface. Une étude spécifique est effectuée sur l'impact du choix du modèle de bilan de quantité de mouvement macroscopique. De manière intéressante, les résultats numériques ne suggèrent pas un impact très important de ce choix dans le cas des problèmes aux limites traités. Des calculs ont aussi été effectués, dans le cadre d'une approximation de Boussinesq, pour évaluer l'impact éventuel de mouvements de convection naturelle. Le potentiel de la méthode est illustré dans deux cas: un correspondant à une lentille de gypse dans un aquifère, l'autre au cas d'un pilier isolé dans une carrière souterraine. Les conséquences de la dissolution sur la stabilité mécanique sont étudiées à l'aide d'un modèle géomécanique simplifié. Enfin, un cas test est étudié montrant la possibilité d'utiliser le modèle dans le cas de dissolution d'une cavité saline, matériau plus soluble que le gypse. / The karstic cavity dissolution problems are often studied from a hierarchical point of view. Based on a discussion of the frequently adopted assumptions, a pore-scale model is first developed for a simple geochemistry scheme. The impact of implementing reactive or thermodynamic equilibrium boundary condition at the dissolving surface is discussed. Such a pore-scale model is subsequently used as a basis for developing models at higher scale levels. The first problem deals with transport from a heterogeneous and rough surface characterized by a mixed boundary condition. The resulting macro-scale model takes the form of an effective surface theory. In the homogenized model developed with the effective surface concept (denote ESCM), the original rough surface is replaced locally by a homogeneous and smooth surface, where effective boundary conditions are prescribed. To develop the concept of effective surface, a multi-domain decomposition approach is applied. In this framework the velocity, pressure and concentration are estimated at the micro-scale with an asymptotic expansion of deviation terms with respect to macro-scale velocity and concentration fields. Closure problems for the deviations are obtained and used to define the effective surface position and the corresponding boundary conditions. The evolution of some effective properties and the impact of surface geometry and some dimensionless numbers are investigated. A comparison between the numerical results obtained with this effective model and those from direct numerical simulations with the original rough surface shows good agreements. In the case corresponding to mass transport in porous media, upscaling is carried out with the method of volume averaging to develop a macro-scale porous medium model (denote PMM), starting from a pore-scale transport problem involving thermodynamic equilibrium or nonlinear reactive boundary conditions. A general expression to describe the macro-scale mass transport is obtained involving several effective parameters which are given by specific closure problems. The impact on the effective parameters of the fluid properties, in terms of pore-scale Péclet number (Pe), and the process chemical properties, in terms of pore-scale Damköhler number (Da) and reaction order (n), is studied for periodic stratified, 2D and 3D unit cells. An example of the application of the macro-scale model is presented with the emphasis on the potential impact of additional, non-traditional effective parameters appearing in the theoretical development on the improvement of the accuracy of the macro-scale model. The above developed PMM is also used as a Diffuse Interface Model (DIM) to describe the evolution of a gypsum cavity formation induced by dissolution. The method is based upon the assumption of a pseudo-component dissolving with a thermodynamic equilibrium boundary condition. A methodology is proposed in order to choose suitable parameters for the DIM model and hence predict the correct dissolution fluxes and surface recession velocity. Additional simulations are performed to check which type of momentum balance equation should be used. Calculations with a variable density and Boussinesq approximation were also performed to evaluate the potential for natural convection. The results showed that the impact of density driven flows were negligible in the cases under investigation. The potential of the methodology is illustrated on two large-scale configurations: one corresponding to a gypsum lens contained within a porous rock layer and the other to an isolated pillar in a flooded gypsum quarry. Geomechanical consequences of the dissolution in terms of mechanical stability is evaluated with the help of a simplified geomechanical model. A final case is also studied in which gypsum is replaced by salt to show the applicability of the proposed methodology to a rapidly dissolving material

Cette thèse a permis d'explorer l'apport des variables polarimétriques radar (aux longueurs d'onde centimétriques), sensibles aux propriétés microphysiques des hydrométéores, pour les modèles de prévision numérique à échelle convective. Dans la première partie de la thèse, un opérateur d'observation radar polarimétrique, cohérent avec les paramétrisations microphysiques à 1 moment couramment utilisées par les modèles opérationnels à échelle convective a été développé. Des comparaisons entre données simulées et observées pour tous les types de radar (S, C et X) ont été réalisées pour deux cas d'étude convectifs, et ont permis de valider l'opérateur d'observation. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à la conception et au test d'une méthode d'assimilation des variables polarimétriques, s'appuyant sur la méthode opérationnelle 1D+3D-Var, d'assimilation des réflectivités radar dans le modèle AROME. La méthode de restitution bayésienne 1D des profils d'humidité a été adaptée, afin d'inclure la phase différentielle spécifique et la réflectivité différentielle, en plus de la réflectivité, dans le vecteur d'observation. Plusieurs options de la méthode de restitution ont été testées et évaluées par des comparaisons aux observations radar et GPS. Des expériences d'assimilation menées sur deux cas convectifs ont ensuite été réalisées et ont permis d'évaluer l'impact des observations polarimétriques sur les champs analysés d'humidité ainsi que sur les prévisions de réflectivité et de cumuls de précipitation. / This PhD has explored the benefits of polarimetric variables (for centimeter wavelength radars), which are sensitive to the microphysical properties of hydrometeors, for convective scale numerical prediction models. In the first part of the PhD, a radar forward operator, consistent with the bulk 1 moment microphysical schemes typically used by the operational convective scale models, has been designed. Comparisons between observed and simulated variables for all radar types (S, C, X) have been performed for two convective cases, and helped validate the forward operator. Following these comparisons, quality controls have been specified so as to limitate the errors on the polarimetric variables before using them for assimilation. In the second part of the PhD, an assimilation method for polarimetric variables, based on the operational 1D+3D-Var assimilation method used for radar reflectivities in AROME model has been designed. The Bayesian retrieval of 1D humidity profiles has been adapted in order to include differential reflectivity and specific differential phase within the observation vector. Different options of the methodology have been tested and evaluated by comparisons with radar and GPS observations. Assimilation experiments conducted for two convective cases demonstrated an impact on analysed humidity fields. The effect of the assimilation of polarimetric variables on forecasted reflectivities and precipitation accumulations was also evaluated.

Les milieux aquatiques sont les réceptacles finaux des pesticides organiques et inorganiques. Ainsi, des textes réglementaires fixant des objectifs afin de préserver et restaurer l’état des milieux aquatiques ont été établis (ex. Directive Cadre sur l’Eau). Ces textes réglementaires ou les programmes d'actions s'accompagnent de la mise en place de réseaux de suivi de la qualité des eaux. Ces suivis sont effectués via la réalisation de prélèvements ponctuels d'eau, fournissant une donnée souvent sujette à un manque de représentativité temporelle. Pour estimer de façon plus robuste une concentration moyenne dans le temps, des techniques d’échantillonnage passif ont été développées. Celles-ci permettent la pré-concentration in situ des contaminants et disposent d’une capacité intégrative sur plusieurs semaines. Ces travaux de thèse sont axés sur le Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), largement utilisé pour l’échantillonnage des pesticides moyennement polaires et non ionisables (0<log Kow<4).Le premier volet de ces travaux de thèse avait pour objectif de tester la capacité du POCIS à intégrer de brèves variations de concentration en pesticides. Pour ce faire, une expérimentation simulant des pics de contamination d’intensités et de durées variables a été menée dans des conditions contrôlées de laboratoire. Cette expérimentation a démontré que la réactivité du POCIS face à de tels événements était dépendante des propriétés physico-chimiques des pesticides ciblés (notamment du log Kow) et de la durée d’exposition. Des profils d’accumulation différents ont été observés, avec deux phénomènes opposés survenus en début d’exposition, soit le « burst effect » ou le « lag effect ». Malgré ces deux phénomènes, le domaine d’applicabilité du POCIS a été mieux défini puisqu’il a été démontré que pour des pesticides caractérisés par un log Kow entre 2 et 4, les pics de contamination étaient bien pris en compte dans la concentration moyennée obtenue.Le second volet de ces travaux devait définir à large échelle l’apport du POCIS en complément des réseaux de suivi basés sur les prélèvements ponctuels. Dans ce contexte, 51 sites du réseau de contrôle DCE localisés sur les cours d’eau du bassin Adour-Garonne ont été échantillonnés 6 fois en 2016 via ces deux techniques. L’exploitation des données acquises pendant cette année de terrain s’est découpée en deux axes. Le premier avait pour objectif de comparer les informations fournis via les deux techniques. L’apport des caractéristiques intégratives du POCIS y a été démontré. En effet, le POCIS permet d’améliorer significativement le nombre de pesticides quantifiés ainsi que leur fréquence de quantification. De plus, il fournit une meilleure représentativité temporelle des niveaux de contamination mesurés, puisqu’il permet d’avoir une image plus réaliste des variations annuelles des concentrations en lien avec les usages des pesticides ciblés (saisonnalité). Ainsi, la combinaison de ces deux techniques a permis une meilleure caractérisation de la pression « pesticides » subie par le bassin Adour-Garonne.Le second axe visait à proposer une méthodologie d’exploitation automatisée permettant une interprétation visuelle et simple d’un jeu de données conséquent (> 10 000 données). Les données acquises avec les POCIS ont été utilisées pour réaliser des analyses multivariées, type « principal component analysis » et « hierarchical cluster analysis » afin de démontrer des liens entre occupation du sol et pesticides quantifiés. De plus, l’empreinte « pesticides » de chaque site a été établie. Ainsi, ce dernier axe a permis une meilleure caractérisation des zones les plus à risques ainsi qu’une identification rapide des sources potentielles.Ces travaux de thèse ont donc démontré des aspects fondamentaux et appliqués qui confirment l’intérêt du POCIS pour évaluer la qualité des eaux superficielles vis-à-vis des pesticides. / The aquatic environments are considered as the final receptacles of organic or inorganic pesticides. Thus, regulatory texts were established in order to preserve and restore the good status for the aquatic environments (e.g. Water Framework Directive). Currently, the conventional method for freshwater analysis is grab sampling several times per year with a lack of temporal representativeness. To overcome this issue, and in the aim of estimating a robust average concentration over time, passive sampling strategies have been developed. These samplers allow an in situ pre-concentration of contaminants and offer an integrative capacity of several weeks. This thesis focuses on the Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), which is widely used for the sampling of moderately polar or no-ionizable pesticides (0<log Kow<4).The first part of this thesis aimed to test the POCIS capacity to integrate short pesticides contamination peaks. In this way, a laboratory controlled-conditions experiment which included pesticides contamination peaks of variable intensity and duration was performed over 14 days. This experiment proved that POCIS response depends on physico-chemical properties of the studied pesticides and also on the exposure duration. During the first part of the exposure period two different phenomena were observed, which were a “burst effect” or a “lag effect”. Despite these, short contamination peaks were well integrated in the time weighted average concentration, for pesticides with log Kow between 2 and 4.The second part of this thesis was to define, at a large scale, the contribution of POCIS as a complement to the monitoring networks based on grab samples. In this context, 51 monitoring stations located in the Adour-Garonne basin were sampled with these two techniques during 6 periods in 2016. The analysis of the large amount of data collected during this 1-year monitoring was divided into two axes. Firstly, information provided with POCIS and grab samples was compared. The contribution of the integrative capacity of POCIS was demonstrated; this capacity allowed us to obtain additional and complementary information to those of the monitoring networks. Indeed, POCIS improved significantly the number of quantified pesticides as well as their quantification frequency. Moreover, POCIS brought a better temporal representativeness of contamination levels, since it provided a more realistic picture of the annual variations in concentration levels related to the seasonality in the use of some pesticides. Thus, the combination of grab samples and POCIS provided a better assessment of pesticide contamination levels in the Adour-Garonne basin.The second axis aimed to propose an automated methodology allowing a visual and simple interpretation of a large dataset (> 10,000 data). Data acquired with POCIS were used to demonstrate correlations between land use and quantified pesticides. In this context, multivariate analyses, such as hierarchical clustering and principal component analyses, confirmed the relationship between land use in the watershed and the major pesticides quantified. Then, the "pesticide" fingerprint of each site was established. Finally, this last axis has made it possible to better characterize the sites most at risk and to quickly identify potential sources.This thesis work demonstrated fundamental and applied aspects, which confirm the interest of the POCIS in assessing the freshwater quality for pesticides.

Le modèle de concordance de la cosmologie, appelé ΛCDM, est un succès de la physique moderne, car il est capable de reproduire les principales observations cosmologiques avec une grande précision et très peu de paramètres libres. Cependant, il prédit l'existence de matière noire froide et d'énergie sombre sous la forme d'une constante cosmologique, qui n'ont pas encore été détectées directement. Par conséquent, il est important de considérer des modèles allant au-delà de ΛCDM et de les confronter aux observations, afin d'améliorer nos connaissances sur le secteur sombre de l'Univers. Le futur satellite Euclid, de l'Agence Spatiale Européenne, explorera un énorme volume de la structure à grande échelle de l'Univers en utilisant principalement le regroupement des galaxies et la distorsion de leurs images due aux lentilles gravitationnelles. Dans ce travail, nous caractérisons de façon quantitative les performances d'Euclid vis-à-vis des contraintes cosmologiques, à la fois pour le modèle de concordance, mais également pour des extensions phénoménologiques modifiant les deux composantes sombres de l'Univers. En particulier, nous accordons une attention particulière aux corrélations croisées entre les différentes sondes d'Euclid lors de leur combinaison et estimons de façon précise leur impact sur les résultats finaux. D'une part, nous montrons qu'Euclid fournira d'excellentes contraintes sur les modèles cosmologiques qui définitivement illuminera le secteur sombre. D'autre part, nous montrons que les corrélations croisées entre les sondes d'Euclid ne peuvent pas être négligées dans les analyses futures et, plus important encore, que l'ajout de ces corrélations améliore grandement les contraintes sur les paramètres cosmologiques. / The concordance model of cosmology, called ΛCDM, is a success, since it is able to reproduce the main cosmological observations with great accuracy and only few parameters. However, it predicts the existence of cold dark matter and dark energy in the form of a cosmological constant, which have not been directly detected yet. Therefore, it is important to consider models going beyond ΛCDM, and confront them against observations, in order to improve our knowledge on the dark sector of the Universe. The future Euclid satellite from the European Space Agency will probe a huge volume of the large-scale structure of the Universe using mainly the clustering of galaxies and the distortion of their images due to gravitational lensing. In this work, we quantitatively estimate the constraining power of the future Euclid data for the concordance model, as well as for some phenomenological extensions of it, modifying both dark components of the Universe. In particular, we pay special attention to the cross-correlations between the different Euclid probes when combining them, and assess their impact on the final results. On one hand, we show that Euclid will provide exquisite constraints on cosmological models that will definitely shed light on the dark sector. On the other hand, we show that cross-correlations between Euclid probes cannot be neglected in future analyses, and, more importantly, that the addition of these correlations largely improves the constraints on the cosmological parameters.

Les jeux massivement multi-joueurs en ligne (jeux MMOGs) visent à rassembler un nombre infini de joueurs dans le même univers virtuel. Pourtant, tous les MMOG existants reposent sur des architectures client / serveur centralisé qui imposent une limite sur le nombre maximum de joueurs (avatars) et sur les ressources qui peuvent coexister dans un univers virtuel donné. Cette thèse vise à proposer des solutions pour améliorer l'évolutivité de MMOG. Cette thèse explore deux services qui sont essentiels à toutes les variantes de MMOG: jumelage et détection de triche. Ces deux services sont les goulots d'étranglement connus, et pourtant les implémentations actuelles restent centralisées. Cette thèse montre également qu'il est possible de concevoir un service d'arbitrage au-dessus d'un système de réputation. Le service résultant reste très efficace sur une grande échelle, à la fois en termes de performance et en termes de prévention de la fraude. Comme l'arbitrage est un problème similaire à la détection de fautes, cette thèse étend l'approche proposée pour surveiller les défaillances. / Massively Multi-player Online Games (MMOGs) aim at gathering an infinite number of players within the same virtual universe. Yet all existing MMOGs rely on centralized client/server architectures which impose a limit on the maximum number of players (avatars) and resources that can coexist in any given virtual universe. This thesis aims at proposing solutions to improve the scalability of MMOGs. To address the wide variety of their concerns, MMOGs rely on independent services such as virtual world hosting, avatar storage, matchmaking, cheat detection, and game design. This thesis explores two services that are crucial to all MMOG variants: matchmaking and cheat detection. Both services are known bottlenecks, and yet current implementations remain centralized. This thesis also shows that it is possible to design a peer to peer refereeing service on top of a reputation system. The resulting service remains highly efficient on a large scale, both in terms of performance and in terms of cheat prevention. Since refereeing is somewhat similar to failure detection, this thesis extends the proposed approach to monitor failures. The resulting failure detection service scales with the number of monitored nodes and tolerates jitter.

Ce travail est conçu dans le panorama de développement rapide de grandes bases de données qui rassemblent des ensembles de résultats expérimentaux sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du cerveau humain à différentes échelles; l’abondance d’informations demande un effort intra et interdisciplinaire pour les synthétiser de façon cohérente. Le but de cette thèse est de contribuer à cet effort de synthèse. Le travail suit deux chemins: intra disciplinaire pour relier et synthétiser les résultats produits par la communauté de l’imagerie cérébrale, avec une focalisation particulière sur les Réseaux de Repos et les Réseaux Cognitifs; inter-disciplinaire pour relier l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex cérébral (résultats en imagerie cérébrale), et les expressions des gènes révélées par les bases de données publiées très récemment sur le transcriptome humain.Cette thèse est organisée en trois parties: dans Partie I nous étudions l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex à partir des études d’imagerie cérébrale. Dans la Partie II, nous étudions les liens entre l’expression corticale des gènes et l’organisation anatomo-fonctionnelle du cortex, à la fois en termes de similitude topographique et de congruence de fonction, en se focalisant en particulier sur le traitement de l’information et la mémorisation. Dans la Partie III, nous présentons une plate-forme pour intégrer dans une même représentation les données d’imagerie cérébrale et d’expression génétique.En perspective, nous montrons comment notre approche pourrait donner des nouveaux points de vu au débat sur les maladies neurodégénératives et psychiatriques, et sur les modelés des dynamiques corticales. / This work is conceived in the present panorama of fast development of large databases gathering experimental results about the organization of the human brain at different scales. This abundance of information calls for an intra and inter-disciplinary effort aimed to synthesize this information in a coherent way.The aim of this thesis was to contribute to this effort for knowledge synthesis to better understand the multiscale organization of the cerebral cortex. The work followed two paths: an intra-disciplinary effort to bring together results produced by the brain imaging community with particular focus on Resting State and Task Based MRI experiments; an inter-disciplinary attempt to draw a link between the anatomo-functional organization of the cortex as emerging from brain imaging studies and the cortical patterns of gene expression as revealed by recently published atlases of the adult human brain transcriptome.The thesis is organized into three parts: In Part I studied the anatomo-functional organization of the human cortex starting from brain imaging studies. In Part II we studied the link between cortical gene expression and the anatomo-functional organization of the cortex both in term of their topography and in term of their function, focusing in particular on information processing and memory formation. In Part III we present a platform that we developed to favor knowledge integration between cognitive networks and gene expression databases.In perspective we show how our approach may provide new insights to the debate about neurodegenerative and psychiatric diseases on one hand, modeling of dynamical processes in different areas of the cortex on the other.