Ce manuscrit traite de l'étude expérimentale du transport de particules dans la région de bord du tokamak Tore Supra. La première partie du manuscrit introduit les motivations énergetiques, le principe du confinement magnétique ainsi que les éléments de physiques essentiels à la description de la dynamique du plasma à l'interaction avec la paroi du tokamak. A partir des données de sondes de Langmuirs et d'imagerie rapide, nous demontrons que le transport de particules est dominé par la convection de filaments plasmas, structures alongées le long du champ magnétique. Ces filaments presentent un nombre d'onde parallèle fini, responsable de la forte localisation du flux de particules coté faible champ du tokamak. Il en resulte l'apparition de forts écoulements parallèles le long des lignes de champs, ainsi qu'une geométrie complexe de ces filaments contrainte par le cisaillement magnétique.

Les fonctionnelles de Minkowski définissent des mesures topologiques et géométriques d'ensembles, insuffisantes pour la caractérisation, des ensembles différents pouvant avoir les mêmes fonctionnelles. D'autres fonctionnelles de forme, géométriques et morphométriques, sont donc utilisées. Un diagramme de forme, défini grâce à deux fonctionnelles morphométriques, donne une représentation permettant d'étudier les formes d'ensembles. En analyse d'image, ces fonctionnelles et diagrammes sont souvent limités aux images binaires et déterminés de manière globale et mono-échelle. Les Voisinages Adaptatifs Généraux (VAG) simultanément adaptatifs avec les échelles d'analyse, structures spatiales et intensités des images, permettent de pallier ces limites. Une analyse locale, adaptative et multi-échelle des images à tons de gris est proposée sous forme de cartographies des fonctionnelles de forme à VAG.Les VAG, définis en tout point du support spatial d'une image à tons de gris, sont homogènes par rapport à un critère d'analyse représenté dans un modèle vectoriel, suivant une tolérance d'homogénéité. Les fonctionnelles de forme calculées pour chaque VAG de l'image définissent les cartographies des fonctionnelles de forme à VAG. Les histogrammes et diagrammes de ces cartographies donnent des distributions statistiques des formes des structures locales de l'image contrairement aux histogrammes classiques qui donnent une distribution globale des intensités de l'image. L'impact de la variation des critères axiomatiques des VAG est analysé à travers ces cartographies, histogrammes et diagrammes. Des cartographies multi-échelles sont construites, définissant des fonctions de forme à VAG.

Les fûts des carter-cylindre des moteurs jouent un rôle fondamental dans la fonctionnalité du moteur et conditionnent ses performances. La texture des surfaces des fûts de carter représente, en effet, une surface " originale " à micro-échelle structurée de façon à répondre aux caractéristiques d'aspect de la surface et à ses propriétés d'anisotropie. Elle comprend des stries plateaux (régions portantes) et des vallées profondes pour retenir et transporter le lubrifiant. Ces surfaces sont générées par le process de rodage. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie robuste pour l'analyse des caractéristiques des surfaces rodées en tenant compte des relations entre les mécanismes d'usure abrasive pendant l'opération de rodage et les modifications multi-échelles des signatures topographiques inhérentes. Ces modifications multi-échelles de la surface sont, par ailleurs, reliées aux conditions opératoires définies pour le rodage des surfaces en harmonie avec le besoin fonctionnel. Cette thèse expose les bases d'utilisation des transformées en ondelettes continues pour étudier la nature multi-échelle de la génération de la topographie de la surface pendant le process de rodage utilisé pour finir les fûts de carter cylindres. La nature multi-échelle du process de rodage est clairement démontrée et constitue un traceur ex situ pouvant expliquer la superposition des signatures inhérentes aux opérations consécutives de rodage. L'implémentation de cette approche multi-échelle dans un environnement de production en série permet de corréler la qualité fonctionnelle du produit et le process de génération des surfaces rodées. Une cartographie de la topologie de la surface est ainsi définie via des spectres d'évolution de la texture de la surface. Elle permet d'analyser l'évolution des modifications texturales induites à chaque étape de rodage et de définir les relations exactes d'enchaînement causes/conséquences de l'intervention des variables process. Différentes applications sont, dès lors, exposées pour la conception process/produit permettant d'analyser l'efficience du process en relation avec le produit et de définir de nouveaux paramètres process de productivité.

Ce travail comporte deux parties indépendantes: la première concerne les suspensions de particules anisotropes en écoulement élongationnel, la seconde porte sur l'étude en lois d'échelle des couches limites en convection thermosolutale. L'écoulement de suspensions de particules anisotropes présente en déformation élongationnelle des propriétés spécifiques liées à la géométrie des particules. Après la mise en oeuvre d'une cellule d'écoulement à orifice relisant une sollicitation élongationnelle bien définie, des suspensions de fibres non-browniennes sont étudiées dans deux régimes de concentration. En régime dilué, les résultats expérimentaux concernant la dynamique d'orientation d'une fibre sont bien décrits par les équations d'orientations du vecteur directeur obtenues analytiquement. En régime semi-dilué, l'écoulement présente une structuration remarquable, qui est étudiée en fonction de la fraction volumique et du rapport de forme des particules. Un modèle d'écoulement obtenu en minimisant l'énergie dissipée permet d'interpréter les résultats expérimentaux en termes de viscosité élongationnelle, et en relation avec les propriétés de la suspension à l'échelle des particules. Les écoulements de couche limite au voisinage d'une paroi verticale dans un milieu fluide soumis a des gradients de température et de concentration horizontaux présentent une grande variété de situations suivant la valeur des paramètres adimensionnels du problème. Une analyse combinant raisonnements en loi d'échelle et méthode intégrale permet de prédire complètement les différents régimes d'écoulement et les variations des couches limites. Les résultats sont corroborés par des solutions de similitude obtenues numériquement.

Miniaturiser les composants impose des changements radicaux pour l'élaboration des dispositifs micro électroniques du futur. Dans ce cadre, les oxydes de grille MOS atteignent des épaisseurs limites qui les rendent perméables aux courants de fuite. Une solution est de remplacer le SiO2 par un matériau de permittivité plus élevée permettant l'utilisation de couches plus épaisses pour des performances comparables. Dans ce travail nous présentons une modélisation multi-échelle de la croissance par couche atomique (ALD) d'HfO2 sur Si permettant de relier la nano-structuration d'une interface au procédé d'élaboration. Nous montrons que la connaissance de processus chimiques élémentaires, via des calculs DFT, permet d'envisager une simulation procédé qui repose sur le développement d'un logiciel de type Monte Carlo Cinétique nommé "HIKAD". Au delà des mécanismes les plus évidents, adsorption, désorption, décomposition et hydrolyse des précurseurs sur la surface, nous introduirons la notion de mécanismes de densification des couches d'oxyde déposées. Ces mécanismes sont l'élément clé permettant de comprendre comment s'effectue la croissance de la couche en termes de couverture. Mais au delà de cet aspect ils nous permettent d'appréhender comment, à partir de réactions de type moléculaire le système évolue vers un matériau massif. Nous discuterons ces divers éléments à la lumière de résultats de caractérisations obtenus récemment sur le plan expérimental du dépôt d'oxydes d'hafnium.

Cette thèse présente l'étude d'un système convectif à méso-échelle (MCS), observé à Niamey (Afrique de l'Ouest) au cours de la campagne AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) en 2006, à l'aide d'un modèle numérique à méso-échelle (BRAMS). L'objectif est de documenter le cycle de vie de ce type de système nuageux complexe et de caractériser les processus microphysiques prépondérants à l'aide d'observations synthétiques. Pour cela, plusieurs simulateurs d'instruments de télédétection ont été couplés aux sorties du modèle afin de créer un jeu de données qui soit comparable aux observations réalisées durant la campagne (au sol, aéroportées et satellitaires) : un radar à 95 GHz (facteur de réflectivité équivalente et vitesse Doppler), un lidar à 532 nm (coefficient de rétrodiffusion atténué) et un radiomètre infrarouge (températures de brillance à 8.7, 10.6, et 12 µm). Les comparaisons directes et statistiques ont mis en évidence l'importance de l'utilisation d'un schéma microphysique à deux moments pour la restitution de ce type de système. La caractérisation à méso-échelle de ce MCS a été effectuée en utilisant une méthode originale de discrimination des parties convectives, stratiformes et cirriformes à partir des températures de brillance et des réflectivités radar. L'analyse statistique des champs de température de brillance a permis de vérifier que le modèle BRAMS représente de façon réaliste le cycle de vie du MCS étudié. Dans le cadre d'une analyse à petite échelle, les comparaisons entre les réflectivités radar et les vitesses Doppler (observées et simulées) ont montrées que le processus de givrage était surestimé par le modèle même dans la partie stratiforme du MCS. L'étude des différents échanges entre classes d'hydrométéores a permis de mettre évidence le fait que les agrégats givrés, souvent observés, n'étaient pas correctement restitués par le modèle. Un ajustement de la paramétrisation de deux classes d'hydrométéores glacés (agrégat et graupel) est donc nécessaire. Le paramètre de forme des lois gamma utilisées pour représenter la distribution en taille de ces hydrométéores, ainsi que les coefficients des lois masse-diamètre doivent être modifiés afin de mieux représenter la gamme des densités observées in situ. Néanmoins, la variabilité des distributions en tailles calculées à partir des 7 classes d'hydrométéores dans cette partie de l'enclume est en accord avec les distributions observées in situ.

Au cours des vingt dernières années, c'est une évolution très rapide non seulement en termes de nombre d'éléments inter-connectés mais surtout en termes de capacités des liens qui a pu être constatée au sein des réseaux de communications. A la création du réseau ARPANET en 1969, il y a plus de quarante ans, quatre ordinateurs, tous situés aux États-Unis étaient connectés avec des liens avec un débit de 50 kilobits par seconde. En 1986, à la création du réseau des universités américaines, le NSFNET, le nombre de machines dépassait déjà plusieurs milliers mais le débit des liens de coeur était encore de 56 kilobits par seconde. A partir de ce moment, la croissance à la fois en termes de nombre d'éléments inter-connectés et de capacités des liens a été exponentielle, grâce au succès de nouvelles applications populaires comme le WWW ou les avancées technologiques comme SDH, SONET ou DWDM dans le domaine des réseaux de fibres optiques et ATM et les protocoles DSL qui en dérivent. L'Internet actuel interconnecte des milliards d'utilisateurs (un demi-milliard de machines fin 2006) répartis partout dans le monde, pouvant utiliser des liens de coeur dont les débits cumulés sont supérieurs à plusieurs Térabits par seconde et dont les liens d'accès peuvent atteindre jusqu'à 10 Gigabits par seconde. Une autre évolution technologique fondamentale est que, aujourd'hui, certains liens d'accès ont des débits du même ordre de grandeur que les débits des liens de coeur auxquels ils sont connectés. Il est aujourd'hui courant de trouver des fermes de serveurs où les noeuds sont interconnectés avec des liens à 1 Gbps ou 10 Gbps et qui ont une connexion vers l'extérieur avec un débit similaire. Cette modification est importante car désormais quelques connexions suffisent à provoquer une saturation des liens de coeur. Cette situation risque d'empirer au fur et à mesure du remplacement des technologies DSL par la Fibre-Jusqu'à-La-Maison (FTTH). Des connexions à 5 Mbps agrégées sur des liens OC48 (2.5 Gbps) vont alors être remplacées par des connexions à 100 Mbps, voire 1 Gbps, agrégées sur des liens à 10 Gbps, voire moins suivant la technologie optique utilisée sur le réseau d'accès. Il est fort probable que dans de tels environnements des niveaux de congestion élevés ne soient pas rares, engendrant des perturbations pour de nombreuses applications. Un grand nombre d'applications prometteuses ont émergé et pourraient bénéficier de capacités de communication accrues, comme par exemple la Vidéo-à-la-Demande (VoD) qui permet aux utilisateurs de regarder des films en haute définition chez eux quand ils le désirent ou les expériences scientifiques générant des quantités massives de données (comme le LHC) qui doivent être acheminées dans des centres de calcul répartis tout autour du globe. L'interaction d'utilisateurs avec des objets distants via un réseau de communication ou Téléprésence commence également à prendre un rôle prépondérant dans de nombreux domaines allant du médical au militaire en passant par l'exploration spatiale. Mais ces applications sont encore construites au dessus de logiciels ou de protocoles à succès comme TCP et IP, conçus il y a longtemps pour un contexte de réseaux bas-débit. Le conception était dirigé par un but principal: fournir une interconnexion robuste entre des réseaux existants. Plongés maintenant dans un contexte de réseaux très haut-débit, ces protocoles extrêmement robustes et capables de passer à l'échelle sont toujours en activité mais commencent à montrer leurs limites en termes de performance, sécurité, fonctionnalités et flexibilité. L'exemple le plus typique est TCP au niveau de la couche de transport. TCP a été conçu comme un protocole ``à tout faire'' mais à mesure que la capacité des liens augmente dans les réseaux fixes, que les caractéristiques intrinsèques changent pour les réseaux sans fils et que les besoins des applications divergent, TCP n'est plus capable de permettre une utilisation performante pour tous des capacités nominales des liens du réseau. De nombreuses solutions ont été proposées, mais les concepteurs de protocoles d'aujourd'hui ont un large désavantage par rapport à ceux d'il y a quarante ans. Faire fonctionner ensemble quatre machines identiques n'est pas exactement pareil que concevoir un logiciel de communication ou protocole susceptible d'être utilisé entre des milliards de machines hétérogènes. Apporter du changement dans un système d'une telle ampleur est problématique: il n'est pas possible d'envisager une migration massive du jour au lendemain surtout si des équipements physiques sont concernés. Le changement ne peut être que graduel et via des mises à jour logicielles dans les hôtes d'extrémité. La peur d'un effondrement de l'Internet dû à la congestion comme à la fin des années 80 resurgit. Causés par une surabondance de trafic réseau sur des liens saturés, ces troubles ont mis en avant la nécessité d'introduire un mécanisme de contrôle de congestion dans les protocoles de transport. Si les nouvelles solutions introduites se comportent de façon égoïste quand elles partagent une ressource commune (un lien), alors cette peur est fondée. Il est donc nécessaire de fournir des moyens de vérifier si une solution donnée possède les propriétés adéquates avant de l'introduire dans un système partagé à très large échelle.

En synthèse d'images, les scènes tridimensionnelles animées sont de plus en plus riches etdétaillées. Mais elles sont actuellement limitées dans les variations de leur échelle d'observation. Par exemple, créer des modèles permettant une ballade interactive passant continûment d'un atome à une galaxie pose de sérieux problèmes. L'objectif de cette thèse est d'y apporter une solution dans le cadre d'une visualisation temps-réel sur un matériel informatique standard. Tout d'abord, nous montrons pourquoi la modélisation multi-échelle procédurale est particulièrement bien adaptée pour résoudre ce problème. Plus précisément, nous utilisons la modélisation par complexification qui décrit un modèle par une représentation grossière et par un ensemble de fonctions qui lui ajoutent localement des détails jusqu'à satisfaire la précision requise par des critères perceptuels. Nous introduisons une nouveau formalisme basé sur le langage C++ capable de décrire un large éventail de modèles 3D animés sur de grandes variations d'échelle. Nous proposons un outil générique qui implémente ce formalisme appelé DynamicGraph. Cet outil offre d'une part une interface graphique dédiée et d'autre part un algorithme de rendu temps-réel qui évalue effcacement la visibilité et de la précision requise. Nous illustrons par différentes études de cas le potentiel de cette approche.

La modélisation hydrologique globale du CNRM repose sur le modèle de surface ISBA qui calcule un bilan hydrique sur des mailles allant typiquement de 20 à 500 km de côté et sur le modèle de routage TRIP qui permet de convertir le ruissellement quotidien en débit. A ces résolutions, la répartition sous maille des caractéristiques de la surface et des flux atmosphériques a un fort impact sur les bilans d'eau simulés. Plusieurs paramétrisations des effets sous maille originales ou préexistantes ont alors été testées avec succès en mode forcé à l'échelle régionale et globale. Néanmoins, la validation globale reste parfois problématique en raison des incertitudes liées aux précipitations, aux paramètres de surface et à la modélisation de certains processus tel la représentation des zones inondées dans TRIP. Ceci souligne donc l'intérêt des futures missions satellitaires pour mieux contraindre nos modélisations hydrologiques.

La structuration et les effets de l'hétérogénéité spatiale des organismes font l'objet d'un questionnement transversal à l'écologie. Leur prise en compte correspond aussi à une préoccupation grandissante pour la conception et l'évaluation des projets de restauration écologique. Le travail qui a été développé au cours de cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Avec comme modèle d'étude un système fortement anthropisé – les digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône – j'ai analysé les liens unissant la structure spatiale des plantes à leurs traits biologiques, en vue de comprendre leurs rôles dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales intégrées au coeur d'un système hiérarchisé. Cette démarche repose sur l'analyse des structures spatiales qui s'étendent du voisinage de la plante au paysage, c'est-à-dire des dimensions géographiques allant du centimètre jusqu'au kilomètre. Dans cette perspective il a été nécessaire de croiser des approches issues des statistiques spatiales, de l'écologie fonctionnelle et de la télédétection. Les résultats obtenus permettent d'expliquer la genèse de structures spatiales végétales, à diverses échelles, à partir de traits biologiques qui interviennent dans la manifestation de processus endogènes (dispersion et interactions biotiques) et/ou dans la réponse des plantes à des facteurs exogènes (conditions environnementales imposées par des travaux de restauration et perturbations). Ils mettent également en lumière 1) le rôle de trois stratégies spatiales dans la structuration des communautés herbacées; 2) des relations variables entre l'agrégation fine de graminées monopolistes et la coexistence des espèces au niveau du voisinage de la plante ; et 3) des relations fortes entre la structure/diversité fonctionnelle des communautés et les propriétés de réflectance de la végétation dérivées d'images aériennes à haute définition. Ceci permet d'établir une continuité entre des assemblages fonctionnels locaux et l'hétérogénéité spatiale de propriétés écosystémiques complexes au niveau du paysage. Une synthèse de cette étude conduit à proposer un modèle conceptuel qui intègre le rôle des structures spatiales végétales, des traits des plantes et de leurs interactions, dans le fonctionnement des communautés végétales en lien avec leurs niveaux adjacents (n+1 : le paysage ; n-1 : le voisinage de la plante). Enfin, les résultats qui ressortent de ce travail ouvrent des perspectives d'application pour l'évaluation et la gestion des projets de restauration.