Les sursauts gamma (GRBs pour "Gamma-Ray Bursts" en anglais) sont de brèves bouffées très énergétiques de rayonnement de haute énergie qui sont émises sur de courtes échelles de temps (fraction de seconde à plusieurs minutes). L'émission intense des sursauts gamma à haute énergie est supposée provenir d'un trou noir de masse stellaire nouvellement formé, accompagné d'un vent collimaté (i.e. un jet) se propageant à vitesse relativiste. L'émission est observée suivant deux phases successives, la phase prompte très erratique, et la phase de rémanence, moins lumineuse. Les deux instruments embarqués sur le satellite Fermi, le "Gamma-ray Burst Monitor" (GBM) et le "Large Area Telescope" (LAT), permettent d'étudier l'émission prompte des sursauts gamma sur une grande plage d'énergie (de ~10 keV à ~100 GeV). L'objectif principal de ma thèse est l'analyse et l'interprétation des propriétés spectrales et temporelles de l'émission prompte des GRBs observés par Fermi, en particulier avec les nouvelles données du LAT (Pass 8) qui ont été rendues publiques en juin 2015.La première partie de mon travail est une analyse spectrale résolue en temps de la phase prompte du sursaut GRB 090926A avec les données du GBM et du LAT. Mes résultats confirment avec un meilleur niveau de confiance la présence d'une cassure spectrale à ~400 MeV, qui est observée en coincidence avec un pic d'émission très court. Ils révèlent que cette atténuation spectrale est présente durant toute l'émission prompte du sursaut, et que l'énergie de cassure augmente jusqu'au GeV. L'interprétation de la cassure spectrale en termes d'absorption gamma ou de courbure naturelle du spectre d'émission Compton inverse (CI) dans le régime Klein-Nishina fournit des contraintes fortes sur le facteur de Lorentz du jet. Mes résultats conduisent en outre à des rayons d'émission R ∼10^14 cm qui sont compatibles avec une origine interne de l'émission du keV au GeV au-dessus de la photosphère du jet.La seconde partie de mon travail est une exploration du modèle de chocs internes développé par des collaborateurs à l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP). Ce modèle simule la dynamique du jet et les processus d'émission (synchrotron et CI) d'une population d'électrons accélérés aux chocs. J'ai simulé la réponse instrumentale de Fermi à un sursaut synthétique fourni par ce code numérique, et j'ai construit une fonction paramétrique qui peut être utilisée pour ajuster le modèle aux spectres de sursauts du keV au MeV. J'ai appliqué cette fonction avec succès à un échantillon de 64 sursauts brillants détectés par le GBM. J'ai aussi confronté le modèle de l'IAP au spectre d'émission prompte de GRB 090926A. Mes résultats montrent un bon accord, et j'ai identifié quelques pistes pour les améliorer. Les spectres synthétiques sont plus larges que tous les spectres dans l'échantillon du GBM. En conséquence, je discute brièvement quelques pistes de développements théoriques qui pourraient améliorer l'accord du modèle avec les observations, ainsi que des avancées observationnelles attendues dans le futur. / Gamma-Ray Bursts (GRBs) are very energetic and brief flashes of high-energy radiations which are emitted in a short time scale (fraction of a second to several minutes). The GRB bright emission is thought to be powered by a newly formed stellar-mass black hole that is accompanied by a collimated outflow (i.e. a jet) moving at a relativistic speed. The emission is observed as two successive phases: the highly variable “prompt” phase and the late and less luminous “afterglow” phase. The two instruments on board the Fermi space telescope, the Gamma-ray Burst Monitor (GBM) and the Large Area Telescope (LAT), allow the study of GRB prompt emission over a broad energy range (from ~10 keV to ~100 GeV). In June 2015, a new set of LAT data (Pass 8) was publicly released, which were generated using improved algorithms of reconstruction and classification of gamma-ray events. The main goal of my thesis is the analysis and interpretation of the spectral and temporal properties of the prompt emission phase of the GRBs observed by Fermi, especially using LAT Pass8 data.In the first part of my work, I performed a detailed time-resolved spectral analysis of the prompt phase of GRB 090926A with GBM and LAT data. My results confirm with a greater significance the spectral break at ∼400 MeV that is observed during a fast variability pulse, and they also reveal the presence of a spectral attenuation throughout the GRB prompt emission, as well as an increase of the break energy up to the GeV domain. I interpreted the spectral break in terms of gamma-ray absorption or as a natural curvature of the inverse Compton (IC) emission in the Klein-Nishina regime. Strong constraints on the jet Lorentz factor were obtained in both scenarios. My results lead also to emission radii R ∼10^14 cm, which are consistent with an internal origin of both the keV-MeV and GeV prompt emissions above the jet photosphere.The second part of my work is an exploration of the internal shock model that has been developed by collaborators at the "Institut d'Astrophysique de Paris" (IAP). This model simulates the GRB jet dynamics and the radiations (synchrotron and IC processes) from a population of shock-accelerated electrons. I simulated the response of the Fermi instruments to the synthetic GRB spectra provided by this numerical code. From these simulations, I built a new parametric function that can be used to fit the keV-MeV spectra of GRBs with the model. I applied successfully this function to a sample of 64 GBM bright GRBs. I confronted also the IAP model to the prompt emission spectrum of GRB 090926A. I obtained a relatively good agreement and I identified a couple of solutions that may improve it. The synthetic spectra are wider than any GRB spectra in the GBM sample. I present some theoretical developments that could improve the data-model agreement in the future, and I discuss possible advances from future GRB missions as well.

Le développement de la technologie des semi-conducteurs dans les trente dernières années a augmenté le nombre des nouvelles applications dans lesquelles les dispositifs d’électronique de puissance sont utilisés. L'augmentation de la rapidité de commutation des transistors a permis que la conversion de puissance se produise de façon de plus en plus performante. Cet avantage apporte un nouveau challenge dans la phase de conception, lié à la Compatibilité Électromagnétique. En effet, les impulsions rapides de tension et courant dans les convertisseurs de puissance sont une source d’émissions électromagnétiques conduites indésirables. Des méthodologies de modélisation précises, qui prennent en compte une grande partie des effets parasites, ont été développées pour évaluer le niveau de ces émissions conduites. Lorsque ces méthodologies sont confrontées aux mesures, les résultats sont en concordance dans une large gamme de fréquence, elles peuvent donc être considérées comme des outils fiables de pronostic. Néanmoins, la plupart des paramètres du modèle d’un système électronique ne peuvent pas réellement être déterminés précisément : les conditions d’opération sont souvent mal connues (variations de température ou d'humidité) ; les paramètres caractéristiques des composants présentent une certaine dispersion de production ; des interférences externes sont imprévisibles. Dans ce contexte, il est intéressant de développer des méthodologies de modélisation qui soient capables de prendre en compte des incertitudes paramétriques. Dans cette thèse, deux méthodologies d’analyse d’incertitudes, adaptées aux convertisseurs de puissance, sont proposées. Les incertitudes paramétriques sont modélisées en utilisant des fonctions de densité de probabilité et l’objectif de l’analyse proposée est de déterminer les moments statistiques, la fonction de densité de probabilité ou la limite supérieure probabiliste des émissions conduites d’un convertisseur de puissance quelconque. Des techniques pour aborder les difficultés liées aux non-linéarités, au temps de simulation important et au nombre élevé de dimensions sont discutées. Les méthodologies proposées sont appliquées à des problèmes test et à des problèmes réels, et les résultats sont comparés aux méthodologies classiques. La précision des résultats des méthodologies proposées est similaire aux techniques classiques, mais le temps de calcul est considérablement réduit. Finalement, ce travail ouvre des possibilités de développements nouveaux pour l’analyse des incertitudes des systèmes non-linéaires et à grande échelle. / The development of semiconductor technology in the last decades has boosted numerous new applications in which power electronic devices have been employed. The fast switching of transistors has allowed power conversion to be performed with high efficiency. However, this improvement brought a new challenge in design: the Electromagnetic Compatibility. Both fast pulses of voltage and current, inside power converters, are a source of unwanted conducted electromagnetic emissions. High accurate modeling methodologies, which takes into account most of the parasitic phenomena, have been developed, in order to compute the level of conducted emissions of electronic devices. When these methods are confronted with measurement, they show good agreement in a large frequency range, and thus they are considered a trustful prediction tool for electronic systems design. Nevertheless, most of the parameters of the model of any electronic system, in reality, cannot be determined precisely, due to unknown operation conditions (i.e.: temperature or humidity variations), production dispersion of the components or unpredictable external interference. In this context, it is of great interest to develop modeling methodologies that are able to take into account parametric uncertainties. In this thesis, two methodologies for uncertainty analysis of power converters are proposed. In the first, namely Polynomials per Frequency, the parametric uncertainty is modeled using probability density functions and the objective of the proposed analysis is to determine the statistical moments, the probability density function or a probabilistic upper bound for the conducted emissions of an arbitrary power converter. In the second methodology, namely Adaptive Unscented Transform, techniques to tackle the difficulties of nonlinearity, long simulation time and high-dimensionality are discussed. The proposed methodologies are applied to benchmark and real-world problems and the results are confronted to classical approaches. The accuracy of the gotten results is similar to those obtained by classical methods, although the required computational time is significantly reduced. Finally, this work leaves many possibilities for further development in the field of uncertainty analysis of nonlinear and highdimensional systems. / O desenvolvimento da tecnologia de semicondutores nas últimas décadas proporcionou um aumento no número de novas aplicações, nas quais dispositivos de eletrônica de potência são empregados. A rápida comutação dos transistores permitiu que a conversão de potência seja realizada com alta eficiência. Entretanto, esse benefício trouxe um novo desafio na fase de projeto: a Compatibilidade Eletromagnética. Os rápidos pulsos de tensão e corrente dentro dos conversores de potência são uma fonte indesejada de emissões eletromagnéticas conduzidas. Metodologias de modelagem de alta precisão, que consideram grande parte dos efeitos parasitas, foram desenvolvidas para avaliar o nível de emissões conduzidas de dispositivos eletrônicos. Estas metodologias, quando comparadas às medições, apresentam boa concordância numa ampla faixa de frequência, e portanto elas são consideradas ferramentas de previsão confiáveis para projeto de sistemas eletrônicos. Não obstante, a maioria dos parâmetros do modelo de um sistema eletrônico, na realidade, não podem ser determinados precisamente, devido às condições de operação incertas (por exemplo, variação de temperatura ou umidade), à dispersão de produção dos componentes ou à interferência externa imprevisível. Neste contexto, existe um grande interesse em desenvolver metodologias de modelagem que sejam capazes de levar em consideração incertezas paramétricas. Nesta tese, duas metodologias de análise de incertezas para conversores de potência são propostas. Na primeira, denominada Polinômios por Frequência, as incertezas paramétricas são modeladas usando funções densidade de probabilidade e o objetivo da análise proposta é determinar os momentos estatísticos, a função densidade de probabilidade ou o limite superior probabilístico das emissões conduzidas de um conversor de potência arbitrário. Na segunda, denominada Transformada de Incerteza Adaptativa, técnicas para abordar as dificuldades de nãolinearidade, tempo de simulação longo e alto número de dimensões são discutidas. As metodologias propostas são aplicadas em problemas teste e problemas do mundo real e os resultados são confrontados com metodologias clássicas. A precisão dos resultados das metodologias propostas é similar às técnicas clássicas, embora o tempo computacional necessário é significantemente reduzido. Finalmente, este trabalho deixa em aberto várias possibilidades para desenvolvimento adicional no campo da análise de incertezas de sistemas não-lineares e de alta-dimensão. / Развитие полупроводниковых технологий в последние десятилетия привело к росту числа новых приложений, в которых использовались силовые электронные устройства. Быстрое переключение транзисторов позволило силовой конверсии осуществляться с большей эффективностью. Однако это улучшение привело к новым сложностям в дизайне: Электромагнитная совместимость. Быстрое напряжение и токовые импульсы в силовых преобразователях являются источником нежелательного электромагнитного излучения. Высокоточные моделирующие методы, которые ведут учет большинства этих паразитарных явлений, были развиты для вычисления уровня управляемых излучений электронных устройств. Когда эти методы сопоставляются с измерениями, они показывают хорошее согласование в широком диапазоне частот, и, следовательно, они считаются надежным инструментом выявления для проектирования электронных систем. Тем не менее, большинство параметров модели любой электронной системы, в действительности, не могут быть точно определены при неизвестных условиях эксплуатации (т.е. температуры или влажности), производстве дисперсиикомпонентов или непредсказуемых внешних помехах. В этом контексте, это представляет большой интерес для разработки методов моделирования, которые способны учитывать параметрическую неопределенность. В этой диссертации предложены два метода анализа неопределенности силовых преобразователей. Параметрическая неопределенность моделируется с помощью функции плотности вероятности и цель предлагаемого анализа заключается в определении статистических моментов, функции плотности вероятности или вероятностной верхней границы кондуктивного излучения произвольного преобразователя питания. Техники по преодолению трудностей нелинейности, долгого времени симуляции и высокой размерности рассмотрены. Предлагаемые методики применяются для проверки и решения реальных проблем и результаты сравнимы с классическими подходами. Точность результатов похожа на классические методы, хотя время, требуемое для вычисления, существенно снижается. Наконец, эта работа оставляет много возможностей для дальнейшего развития в области неопределенности анализа нелинейных, многомерных систем.

Résumé Responsable de près de 7 millions de décès prématurés par an à travers le monde, la pollution atmosphérique représente un problème sanitaire mondial majeur. L’exposition humaine à la pollution particulaire dont les émissions de diesel représentent la principale source, est responsable d’une élévation de la mortalité et de l’incidence d’événements cardiovasculaires. Les mécanismes physiopathologiques sous-tendant cette toxicité aigue restent à ce jour largement méconnus. A l’aide d’une méthodologie d’exposition standardisée aux émissions de diesel, nous avons exploré les effets vasculaires périphériques et pulmonaires ainsi que les effets hémostatiques et plaquettaires secondaires à l’inhalation particulaire chez des sujets sains. L’étude dynamique de la microcirculation périphérique par Laser Doppler Imager nous a permis de démontrer une altération de la vasomotricité endothélium-dépendante induite par l’exposition aux émissions de diesel. La dysfonction observée est associée à une diminution de la biodisponibilité locale du NO ainsi qu’à une production radicalaire accrue au sein de la cellule endothéliale. Au cours d’une épreuve dynamique d’élévation du débit cardiaque par infusion de dobutamine, l’exposition aiguë aux émissions de diesel entraîne une élévation de la résistance vasculaire pulmonaire et une diminution de la distensibilité vasculaire pulmonaire mesurées par échocardiographie. Enfin, l’expression de surface des marqueurs d’activation plaquettaire CD62p (P-selectine) et CD63 est augmentée après exposition aux émissions de diesel, en corrélation avec la quantité de particules inhalées et constitue ainsi un état d’activation plaquettaire accru sans toutefois de modification de l’agrégation plaquettaire. A travers ces effets vasculaires systémiques et pulmonaires ainsi que ces effets hémostatiques, l’exposition aux émissions de diesel entraîne une toxicité cardiovasculaire aiguë, agissant en synergie, capable de déclencher la survenue d’événements cardiovasculaires.Abstract Responsible for up to 7 million deaths/year, air pollution is a major worldwide health burden. Particulate human exposure mainly originates from diesel exhaust and is associated with an increased cardiovascular mortality and an increased onset of cardiovascular events. Physiopathologic mechanisms underlying this acute toxicity remain largely unknown. We used a standardized diesel exhaust exposure protocol to explore not only the peripheral and pulmonary vascular effects, but also the hemostatic and platelet modifications in healthy subjects after particulate inhalation. Diesel exhaust exposure impairs the endothelium-dependant vasodilation during a dynamic evaluation of the peripheral microcirculation assessed by Laser Doppler Imager, whilst the endothelial independent vasodilatation remains unaffected. Vascular dysfunction is associated to a decreased local NO bioavailability and an increased endothelial reactive oxygen species production. During a dynamic cardiac stress test using continuous dobutamine infusion, acute diesel exhaust exposure induces an increased pulmonary vascular resistance associated to a decreased pulmonary vascular distensibility, both evaluated by echocardiography. Finally, platelet activation is modified after diesel exhaust exposure with an increased CD62p (P-selectin) and CD63 platelet surface expression, correlated with the total amount of inhaled particles. We observed a state of platelet activation without change in platelet aggregation. Through these multiples effects, combining systemic and pulmonary vascular impairment with platelet prothrombotic modifications, diesel exhaust exposure induces an acute cardiovascular toxicity, which can synergistically trigger acute events. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Afin d’accompagner les acteurs des filières viticoles, notamment d’AOC, dans la nécessaire amélioration de l’éco-efficience de leurs produits, nous avons voulu identifier dans quelles conditions l’Analyse du Cycle de Vie est une méthode appropriée à l'évaluation environnementale des itinéraires techniques viticoles (ITKv) de production de raisins de qualité, à l’échelle parcellaire, afin de pouvoir choisir les plus performants. Pour établir et tester un cadre méthodologique de l’ACV, adapté à cet objectif, des ITKv réels et variés visant un même objectif qualitatif sont nécessaires. Nous proposons ici une chaîne de traitement d’enquête originale, Typ-iti, qui permet le choix de cas réels représentant chaque groupe. Cinq groupes ont ainsi été identifiés parmi les ITKv de production de raisins de Chenin blanc pour vins blancs secs d’AOC en Moyenne Vallée de la Loire, dont trois en viticulture conventionnelle et deux en viticulture biologique. Cinq cas réels ont été choisis pour les représenter. L’ACV est ici déclinée pour la viticulture sur la base de ces cinq cas, par l’établissement d’un cadre méthodologique qui comprend : i) la définition de limites du système incluant les phases non productives et productives, ii) le choix des modèles disponibles les plus pertinents, pour le calcul des émissions directes de polluants à la vigne, iii) l’adaptation fine du modèle d’émissions de pesticides organiques Pest LCI 2.0 aux spécificités viticoles, iv) la proposition et le test d’unités fonctionnelles basées sur un indicateur de qualité du raisin original permettant la prise en compte de la qualité dans les ACV de raisins destinés à la production de vins de qualité. L’ACV a révélé, à l’échelle parcellaire, i) des éco-efficiences contrastées pour les cinq ITKv contrastés, ii) les pratiques responsables de ces contrastes, iii) des solutions d’amélioration et leurs effets quantifiés sur les performances environnementales. La généricité des résultats de ces cas aux groupes qu’ils représentent varie selon l’homogénéité des groupes et avec les catégories d’impacts selon qu’elles sont, ou non, conditionnées par le milieu. L’effet important du millésime sur les résultats, mis en évidence ici sur un cas, mérite d’être pris en compte dans toute ACV viticole. De nombreuses perspectives d’améliorations méthodologiques sont discutées ici pour accroître la pertinence et la complétude des résultats ainsi que la généricité de la méthode et pour son application auprès d’acteurs du développement des filières viticoles. / In order to contribute to the effort of eco-efficiency improvement of the wine sctor, especially in the Protected Denomination of Origin (PDO) contaxt, we worked to identify in which conditions Life Cycle Assessment (LCA) is an appropriate method for environmental assessment, at plot scale, of quality vineyard Technical Management Routes (TMRs), to permit the choice of the most eco-efficient technical operations and TMRs.A methodological framework for LCA suited to this objective was designed and tested on five real and contrasted TMRs, oriented towards a same qualitative objective. These cases were chosen thanks to an original statistical analysis chain, Typ-iti, on the basis of a survey, among the TMRs producing Chenin blanc grapes for PDO dry white wines in the Middle Lore Valley. Five groups were identified and characterized, threee in conventional viticulture, and two in organic viticulture.The methodological framework that was established includes i) the studied system definition including productive and non-productive phases, ii) the choice of the most suitable and available models for calculation of pollutant direct emissions in the vineyard, iii) the customization of the organic pesticide emision calculation model, Pest LCI 2.0, to viticulture specific needs iv) the inclusion of grape quality in the LCA by two functional units including an original grape quality index.LCA proves to be a method complex but powerful, usable at parcel scale for grape production TMRs choice. It revealed i) contrasted eco-efficiencies for the 5 contrasted TMRs, ii) the viticultural practices responsible for these contrasts, iii) solutions for eco-efficiency improvement and quantification of their eco-efficiency effects.The important effect of the production year on the results, highlighted here on one case, must be taken into account in any viticulture LCA. Numerous perspectives of methodological improvement are discussed here in order to increase relevance and completeness of the results as well as genericity of the method and its accessibility for viticulture development stakeholders.

Ce travail de recherche porte sur la modélisation mathématique des principaux procédés sidérurgiques en suivant une approche systémique. L’objectif est d’élaborer un outil de modélisation de l’ensemble de la filière destiné à l’optimiser du point de vue énergétique et environnemental. Nous avons développé des modèles physico-chimiques du haut fourneau, de la cokerie, de l’agglomération et du convertisseur. Ces modèles ont ensuite été reliés entre eux sous forme d’un diagramme de flux unique en utilisant le logiciel ASPEN Plus. Dans une première partie, nous nous sommes particulièrement intéressés au haut fourneau à recyclage, une variante innovante du haut fourneau dans laquelle les gaz de gueulard sont recyclés et réinjectés aux tuyères après capture du CO2. Nous avons testé une réinjection à un niveau (aux tuyères) et à deux niveaux (tuyères et ventre). Les résultats ont été comparés avec succès à des données expérimentales issues d’un réacteur pilote et montrent que le recyclage permet une baisse de plus de 20 % des émissions de CO2 du haut fourneau. Le recyclage à deux niveaux ne semble pas plus performant que celui à un seul niveau. Dans un deuxième temps, nous avons simulé le fonctionnement d’une usine sidérurgique intégrée dans son ensemble. Différentes configurations ont été testées, pour un haut fourneau classique ou un haut fourneau à recyclage, en considérant un éventuel recyclage du laitier de convertisseur à l’agglomération, et en étudiant l’influence de la teneur en silicium de la fonte sur toute la filière. On montre notamment qu’il est possible de réduire le prix de revient de la tonne d’acier en substituant et recyclant différents sous-produits / This research study deals with mathematical modeling of the main steelmaking processes following a systems approach. The objective was to build a modeling tool of the whole steelmaking route devoted to its energetic and environmental optimization. We developed physical-chemical models for the blast furnace, the coke oven, the sintering plant and the basic oxygen furnace. These models were then linked together in a single flow sheet using the ASPEN Plus software. First, we focused on the top gas recycling blast furnace, a novel variant of the blast furnace in which the top gas is recycled and re-injected into the tuyeres after CO2 removal and capture. We tested both a reinjection at one level (tuyeres only) and at two levels (tuyeres and shaft). The results were successfully compared with experimental data from a pilot reactor and demonstrate that recycling can lower the blast furnace CO2 emissions by more than 20%. Recycling at two levels does not seem more efficient than at a single level. Second, we simulated the operation of an entire integrated steelmaking plant. Different configurations were tested, using a conventional blast furnace or a top gas recycling blast furnace, considering a possible recycling of the converter slag to the sintering plant, and studying the influence of Si content in the hot metal on the entire steelmaking plant operation. We show that it is possible to reduce the cost of producing steel by substituting and recycling various by-products

Les travaux de cette thèse visent la connaissance et la compréhension de l'articulation temporelle des mobilités individuelles (quotidiennes, de weekend et de longue distance) en France selon les localisations résidentielles, par taille d'aire urbaine et position par rapport au centre du bassin, via l'élaboration d'un diagnostic annuel en termes d'émission de CO2 afin d'éclairer la question du réchauffement climatique. A la description méthodologique de l'outil, s'appuyant sur les données de l'Enquête Nationale Transports et Déplacements 2007- 2008, succède la présentation de certains résultats marquants, déclinant la répartition de ces émissions selon les lieux d'habitat: Au delà des premières analyses descriptives, une caractérisation typologique des comportements de mobilité a abouti à quatre profils-types selon les budgets d'émissions de CO2 sur ces trois segments temporels de la mobilité. Chacun de ces comportements-types n'est pas uniquement repérable (ni uniforme) dans un seul type d'espace. Un certain « effet barbecue » est visible mais il n'est sans doute pas suffisamment fort pour pouvoir confirmer que les habitants des (grands) centres villes ruinent nécessairement durant le weekend leurs comportements plutôt vertueux en semaine grâce à l'utilisation de modes moins polluants. Les études de cas selon le genre, les grands voyageurs (grands pendulaires ou transcontinentaux), et certains motifs de déplacements (achat, loisirs), sont des coups de projecteurs qui ont apporté des résultats complémentaires. Enfin, l'analyse des taux d'occupation sur l'exemple de l'automobile pour des déplacements locaux a montré qu'un meilleur remplissage des véhicules est un facteur important de l'efficacité énergétique (et donc du CO2) des déplacements. / My thesis concern is about knowledge and in depth-understanding of the annual distribution of individual mobility in France (distinguishing daily, weekend and long distance trips) according to the residential locations (by category of urban areas) via the development of an annual CO2 emissions assessment, to address the issue of climate change. After a brief methodological description of the tool, using the dataset of the most recent French National Transport Survey (2007-2008), the paper presents some typical results, declining the distribution of CO2 emissions due to this mobility according to the zone of residence: beyond the initial descriptive analyses, a cluster analysis of mobility behavior results in four profiles of mobility according to the CO2-emissions budgets on these three time segments of mobility. It shows that each type of mobility behavior is not available (nor uniform) in only one type of space. A "cocooning effect" can be detected but it is probably not strong enough to confirm that the citizens of (large) city centers during the weekend necessarily ruin their rather virtuous behavior on week days through the use of less polluting modes. Case studies by gender, frequent travelers (pendulous or transcontinental), and some travel purposes (e.g. shopping, leisure) provide additional results. Finally, the analysis of occupancy rates of the car for local travel shows, that more passengers in a vehicle is an important factor for its energy efficiency (and therefore CO2) due to mobility.

La valorisation des co-produits riches en matières organiques et inorganiques comme additifs dans des formulations à base d’argile peut améliorer à la fois les performances mécaniques et thermiques des produits de terre cuite, de même que le bilan énergétique des procédés de fabrication de ces matériaux. Cette étude a porté sur l’incorporation de combustibles solides de récupération (CSR) dans un mélange de fabrication des produits de terre cuite pour le génie civil en étroite collaboration avec l’entreprise TERREAL dans le cadre du projet LabCom RESPECTc financé par l’ANR.Premièrement, deux CSR ont été sélectionnés et utilisés comme additifs pour améliorer les produits issus des deux gisements de mélange argileux nommés ML et MC de chez TERREAL. L’influence de la nature, du taux d’incorporation des CSR, de la granulométrie des CSR et de la nature de la matrice argileuse sur les propriétés physico-chimiques, mécaniques et thermiques des mélanges argileux/CSR a été étudiée entre 30°C et 1100°C. Dans tous les cas, l’ajout de CSR a permis d’améliorer le caractère isolant des produits de terre cuite, en diminuant leur conductivité thermique. L’ajout de CSR a aussi permis d’améliorer les propriétés mécaniques des produits, en fonction du type et du taux de CSR ajouté, du taux et de la nature (forme, taille et distribution) de la porosité créée. L’étude a démontré que les interactions entre les minéraux argileux et les éléments inorganiques des CSR avaient un impact important sur les propriétés mécaniques et thermiques. Les résultats ont montré que l’ajout de 4% en masse du CSR15-1 contenant un taux de cendres de 65,7% en masse a conduit à une augmentation de la résistance mécanique du matériau à base de la matrice argileuse ML de l’ordre de 32%. Ensuite, un modèle cinétique du frittage basé sur les variations dimensionnelles des matériaux entre 650°C et 1000°C a été développé à partir de l’analyse thermomécanique (ATM) des mélanges (avec ou sans CSR). L’objectif a été de mieux comprendre les mécanismes du frittage mis en jeu. Le modèle développé a montré une bonne adéquation avec les données expérimentales. Les résultats ont montré que l’étape du frittage thermique de ces mélanges se fait en présence d’une phase liquide et que l’ajout de CSR a permis d’accélérer la densification des matériaux. Cela a conduit à une diminution de la température usuelle de cuisson des produits de terre cuite permettant ainsi un gain énergétique non négligeable. Finalement, une étude environnementale a été réalisée lors de la cuisson des mélanges argileux/CSR. Cette étude a particulièrement été focalisée sur la contribution de CSR au bilan énergétique et à l’impact des émissions des gaz critiques tels que le CO2, le CO et l’HCl. Les résultats ont montré que les émissions de CO2 et de CO lors de la cuisson des mélanges argileux/CSR ont augmenté en raison de la décomposition thermique de la matière organique des CSR et que moins de 50% en masse du chlore a été transformé en HCl (18-31 ppm). Le bilan énergétique effectué a montré que l’ajout de CSR au sein des matrices argileuses ML ou MC compense une part non négligeable du gaz naturel usuellement utilisé comme combustible au cours de la cuisson de ces matériaux. Cela s’est traduit par une économie d’énergie thermique et une réduction des émissions de CO2 provenant de la décarbonatation de la matrice argileuse. / The valorization of co-products rich in organic and inorganic materials as additives in formulations based on clay matrix can improve both the mechanical and thermal performances of ceramic materials as well as the energy balance of the manufacturing processes of these products. This study focused on the incorporation of Solid Recovered Fuels (SRF) into the clay ceramics for civil engineering in close collaboration with TERREAL as part of the ANR funded LabCom RESPECTc project. Firstly, two SRF were selected and used as additives to improve the properties of ceramic materials from to clay mixture deposits named ML and MC from TERREAL. The influence of the nature, the amount of SRF, the grain size of SRF and the nature of clay matrix on the physico-chemical, mechanical and thermal properties of the clay/SRF mixtures were studied between 30°C and 1100°C. In all cases, the addition of SRF into the clay mixture (ML or MC) has enhanced the insulating nature of the ceramic materials by reducing their thermal conductivity. The addition of SRF has also improved the mechanical properties of the ceramic materials, depending on the nature and the amount of SRF added, the rate and the nature (shape, size and distribution) of the porosity created. The study demonstrated that interactions between clay minerals and inorganic elements of SRF have a significant effect on mechanical and thermal properties. The results showed that the addition of 4 wt.% of SRF15-1 containing an ash content of 65.7 wt.% into clay matrix ML led to increase the mechanical strength of the material based on the clay matrix ML of the order of 32%. Then, a kinetic model of thermal sintering based on the dimensional variations of ceramic materials between 650°C and 1000°C was developed from thermomechanical analysis (TMA) of the clay mixtures (with or without SRF). The main objective is to better understand the mechanism of the thermal sintering involved. The model developed showed a good adequacy with the experimental data. The results showed that the thermal sintering step of these mixtures is carried out by the presence of a liquid phase and that the addition of SRF has accelerated the densification of ceramic materials. This has led to decrease the usual firing temperature of ceramic materials, allowing a significant energy savings. Finally, an environmental assessment was carried out during the firing of clay/SRF mixtures. This study was particularly focused on the contribution of SRF to the energy balance and impact of critical gas emissions such as CO2, CO and HCl. The results showed that CO2 and CO emissions during firing of clay/SRF mixtures increased due to the thermal decomposition of the organic matter of SRF and that less than 50 wt.% of chlorine was converted to HCl (18-31 ppm). The energy balance showed that the addition of SRF into the ML matrix compensates for a significant part of the natural gas usually used as fuel during firing of these ceramic materials. This was reflected by a thermal energy saving and reduction of CO2 emissions from the decarbonatation of the clay matrix.

Le Transport A la Demande (TAD) est un système de transport qui propose un usage collectif des véhicules automobiles, par opposition à l’usage des véhicules personnels (VP). Situé entre le fonctionnement des taxis et celui des transports en commun classiques, il propose un service à la fois flexible dans le temps et dans l'espace à la manière des taxis, favorisant le partage des véhicules, comme les transports en commun. Il est ainsi présenté comme une réponse pour une mobilité durable. Dans les esprits, les TAD sont souvent associés à une réduction des émissions de polluants et sont mis en place principalement dans des territoires ruraux. Pourtant, le simple regroupement effectué par les TAD suffit-il pour que la mise en place des TAD soit profitable à l’environnement ? Dans ce travail de recherche de doctorat, un outil d’évaluation de l'impact environnemental d’un système de Transports À la Demande (TAD) destiné aux collectivités territoriales a été mis au point. Pour que choix soit durable, au sens du développement durable, le service doit être le plus adapté au contexte local en minimisant les émissions de substances dans l’atmosphère proche tout en conservant une qualité de service suffisante pour concurrencer l'usage du véhicule personnel. Un paramètre, directement impliqué dans les émissions de polluant, est souvent négligé dans les approches : le réseau routier. On cherche donc à identifier des lois et des seuils relatifs aux émissions de polluants produites par le fonctionnement d’un TAD : dans quelle mesure le réseau routier influe-t-il sur les performances environnementales des TAD ou sur la capacité de regroupement des clients dans les véhicules ? Selon quelles caractéristiques de service (fenêtres de temps autorisées) ? Plus globalement, est-ce que l’optimisation d’un même type de TAD est équivalente d’un réseau routier à un autre, du point de vue des émissions de polluants ? Aucun outil intégré permettant d’effectuer cette tâche n’étant disponible, nous avons mis au point une chaîne de traitement géomatique permettant d’estimer les quantités de polluants émises sur les tronçons de route dans le cadre du fonctionnement particulier des TAD et de les cartographier pour analyser leur répartition spatiale. Cet outil associe un SIG à un modèle d’émission que nous avons adapté à notre problématique (GREEN-DRT). Il est ressorti des différents scénarios simulés que les TAD ne sont pas systématiquement une solution pertinente dans un objectif de réduction globale des émissions de polluants sur un territoire donné. Le constat de la faible pertinence environnementale de ce mode de transport sur les territoires les moins denses (type zones rurales) a été fait, pourtant, ce sont sur ces territoires que les TAD sont développés en France. À défaut d’engendrer une réduction des émissions, ils ont souvent un rôle social important en se positionnant non pas comme une alternative à la voiture personnelle, mais en permettant à des populations captives de se déplacer. Il s’agit de ce cas de minimiser les émissions de polluants provoquées par le fonctionnement du service. / The Demand Responsive Transport (DRT) is a transportation system which offers a collective use of motor vehicles, in opposite of personal vehicles use. Between the functioning of taxis and classical public transport, it offers a service that is flexible in time and space like taxis, promoting the sharing of vehicles, like public transports. It is why it is present as a solution for a sustainable mobility. In the minds, DRT are often associated to a reduction of exhaust emissions and so are developed in rural areas. However, is grouping travellers enough to make DRT gainful for environment?In this doctoral research, an assessment tool of the environmental impact of DRT systems has been developed. To ensure that choice is sustainable in the sense of sustainable development, the service must be adapted to the local context by minimising emissions of substances in the near atmosphere while maintaining a sufficient quality of service when competing against personal vehicle use. A parameter directly involved in pollutant emissions, is often overlooked in approaches: the road network. We therefore search for identify laws and thresholds relating to pollutant emissions generated by the functioning of a DRT: how the road network does it affect the environmental performance of DRT or on the skill to grouping customers in vehicles? Depending on what service features (time windows allowed)? More generally, is that the optimization of the same type of DRT is equivalent to a road network to another, from the perspective of pollutant emissions? As any integrated tool to perform this task is available, we have developed a geomatics processing to estimate the quantities of pollutants emitted on road sections within the particular functioning of DRT and to cartography it to analyse their spatial distribution. This tool combines a GIS to an exhaust emissions model that we have adapted to our questioning (GREEN-DRT).

Sous l’angle des controverses économiques et environnementales autour des hydrocarbures non conventionnels, cette thèse contribue au développement des outils de la modélisation intégrée sous deux aspects : leur capacité à représenter la dynamique de long terme des marchés de l’énergie ; la prise en compte des liens entre l’économie et la dynamique des différents gaz à effet de serre.Dans le premier cas, un jeu de simulations avec le modèle Imaclim-R met en évidence les impacts économiques du gaz et pétrole de schiste à travers (i) les liens entre trajectoires de crois-sance et inerties techniques ; (ii) la conditionnalité des gains de compétitivité des États-Unis aux stratégies implicites ou explicites de ce pays en matière de spécialisation internationale et de régime de change. Au détour de ces simulations nous étudions (α) les processus d’ajustement vers l’équilibre de long terme, en regardant les conditions d’obtention et de convergence des équilibres temporaires du modèle ; (β) les limites de tractabilitéd’une maquette stylisée du modèle reproduisant les mécanismes centraux.Dans le deuxième cas est traitée la question du rôle du méthane à court et long terme dans les stratégies climatiques. L’intégration du modèle réduit du système terrestre Oscar2.2 aumodèle Imaclim-R permet d’apprécier le rôle du méthane dans les coûts de l’atténuation et d’évaluer le risque d’émissions fugitives en tête de puits de gaz de schiste. Les simulations montrent que d’une part, l’avantage économique de la disponibilité en gaz de schiste peut être nuancé au regard du coût induit par ces émissions fugitives. D’autre part, les stratégies climatiques ambitieuses visant à limiter les augmentations de température bien en deçà de 2° voir 1.5°C nécessitent un contrôle plus immédiat des émissions de méthane. / From the perspective of economic and environmental controversies over unconventional oil and gas resources, this thesis contributes to the development of integrated modelling tools intwo aspects : their ability to reflect the long-term dynamics of energy markets ; and the consideration of the links between the economy and the dynamics of the various greenhouse gases.In the first case, a set of simulations with the Imaclim-R model highlights the economic impacts of shale gas and light tight oil through (i) the links between growth paths and technicalinertia ; (ii) the conditionality of US competitiveness gains on implicit or explained strategies ; and (iii) the conditionality of US competitiveness gains on this country implicit or explicit strategies in terms of international specialization and exchange rate regime. In the course of these simulations, we study (α) the adjustment processes towards the long-term equilibrium, looking at the conditions of existence and convergence of the model temporary equilibria ; (β) the tractability limits of a stylized model of Imaclim-R reproducing the main mechanisms.In the second case, the question of the role of methane in short and long term climate strategies is addressed. The integration of the Oscar2.2 Earth System model into the Imaclim-Rmodel is used to assess the role of methane in terms of mitigation costs and to assess the risk of emissions leakage at shale gas wellheads. The simulations show that, on the one hand, theeconomic advantage of shale gas availability can be balanced against the costs induced by these emissions leakage. On the other hand, the ambitous climate strategies aiming at limitingtemperature increases well below 2° or 1.5°C require a more instant control of methane.

Dans le contexte du réchauffement climatique global, les institutions académiques et internationales comme GIEC et de nombreux pays ont proposé des objectifs de réduction des émissions de CO2. L'objectif de cette thèse est d'évaluer ces objectifs gouvernementaux en les comparants avec les objectifs globaux à l'aide de différentes méthodes d'allocations lesquelles correspondent à différents principes d'équité en matière d'émissions carbones.Afin d'évaluer les feuilles de route technologique permettant d'obtenir les réductions d'émission de CO2 nécessaires, un modèle qualifié de flexible est proposé à destination des décideurs. Notre modèle permet d'éviter les opérations informatiques complexes et peut être personnalisé en fonction de différents besoins. Les simulations sont réalisées jusqu'à l'horizon 2050 lequel est souvent considéré comme un pivot dans les habitudes de consommation d'énergies notamment. Dans cette thèse, des feuilles de route technologique pour les différents objectifs gouvernementaux en matières d'émissions de CO2 sont étudiées pour trois pays : la Chine, la France et les États-Unis. Le modèle couvre les principaux secteurs responsables des émissions de CO2 et étudie l'influence de différentes technologies sur le mix énergétique. Diverses méthodes et approches sont utilisées dans notre modélisation. L'identité IPAT est utilisée pour la décomposition des émissions dans les secteurs de l'énergie. Le modèle STIRPAT permet quant à lui d'évaluer l'évolution des émissions de CO2 dans les scénarios Business-as-Usual. Le modèle SVR est utilisé dans le cadre des projections de production d'électricité. Enfin, l'indice de Theil est employé pour mesurer les inégalités d'émissions de CO2 par tête. A la différence des modèles plus classiques en économie de l'énergie, notre modèle propose des feuilles de route technologiques selon différents critères, comme par exemple avec le développement « équilibré » de la technologie entre les secteurs, ou le critère de disponibilité des ressources énergétiques. Par ailleurs, l'équité carbone, avec la convergence des technologies dans les secteurs à long terme, peut être mise en œuvre dans notre modèle et joue, dans ce cas, comme une contrainte supplémentaire dans l'optimisation multi-objectifs.Nos résultats montrent que les objectifs gouvernementaux en France et aux États-Unis sont « très stricts » car, pour les atteindre, tous les secteurs doivent réaliser des efforts importants de réduction de CO2. En revanche, l'objectif gouvernemental de la Chine s'avère « plus facile » à réaliser car les progrès dans les technologies qui sont nécessaires sont moins exigeants.Plus précisément, si on prévoit que le mix énergétique reste inchangé en Chine et aux États-Unis, le CSC deviendra indispensable dans le secteur de l'énergie. Pour la France, 80% des voitures devront être remplacées par des véhicules électriques afin d'atteindre son objectif en matière de CO2.Toutefois, en considérant l'équité carbone entre secteurs, la combustion du charbon est censée être réduite de deux tiers en Chine et devra être pratiquement éliminée aux États-Unis. Par contre, le gaz peut être encouragé dans son utilisation dans le secteur de l'énergie en particulier aux États-Unis. Concernant le secteur du transport, plus de 60 % des véhicules doivent être remplacés par des véhicules électriques en Chine. Cette part serait d'environ 90 % en France et aux États-Unis.Enfin, la sensibilité des paramètres du modèle a été testée pour simulations, à chaque étape du travail, et pour toutes les roadmaps technologiques. Les résultats des tests de sensibilité montrent que la production d'électricité et l'intensité d'émissions sont les deux paramètres dont l'influence est la plus importante sur les émissions futures de CO2. Ainsi l'amélioration de l'efficacité de la combustion du charbon et de l'efficacité énergétique de l'électricité joueront un rôle central dans la réductions des émissions de CO2. / In the context of global warming, academic institutes, international institutions such as the IPCC, and governments of numerous countries have proposed global objectives of reducing CO2 emissions and announced national targets. The purpose of this thesis is to assess the governmental targets in comparing with the global objectives of various allocation methods, which correspond to different carbon equity principles.In order to evaluate the technology roadmaps which are necessary to achieve these reductions of CO2 emissions, a flexible modeling framework is proposed for policy makers. Our sectoral model avoids the complex computing operations. It can be customized according to different requirements and situations. We simulate the model up to the horizon 2050, which is often seen as a turning point in energy use patterns worldwide – forced by the probable decline in hydrocarbons extraction.In the thesis, the technology roadmaps for the governmental targets on CO2 emissions are studied for three typical countries: China, France, and the United States. The model covers the sectors responsible for the greatest part of CO2 emissions: power, transport, residence and industry sector, in studying the impacts of the principle energy technologies, such as energy mix, Carbon Capture and Storage (CCS), electric vehicles and energy efficiency.Various methods and approaches are used in our modeling. IPAT identity - which assumes the environment Impact is the results of Population, Affluence and Technology - is employed in the power sector emission decomposition. Besides STIRPAT - for Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology - model is used for the projection of CO2 emissions in the Business-as-Usual scenario. Then SVR - for Support Vector Regression - is used to forecast electricity production. Finally, the Theil index is employed as the measurement of per capita CO2 emission inequality. Different from classic cost-effective energy system models, our model provides the technology pathways for different criteria, such as balanced development of energy technology across sectors, availability of energy resources, etc. Besides, the carbon equity is employed as one of the constraints in the multi-objective optimization, under the consideration of the convergence of technologies in sectors in the long-term.Our results show that the governmental targets in France and the United States prove very strict, as they require all sectors to make large efforts in reducing CO2 emissions. In contrast, the governmental target in China seems more easily achievable, as the necessary advances of technologies are less demanding. More precisely: if the energy mix is expected to be kept unchanged in China and in the United States of America, the CCS prove indispensable in the power sector. In France, 80% of automobiles are required to be changed into electric vehicles, in order to get the target of CO2 emissions.However, under the sectoral carbon equity consideration, coal combustion is projected to be reduced by two thirds in China, and it will have to be almost eliminated in the United States to achieve their CO2 reduction target. But gas is encouraged to be used in the power sector, especially in the United States. Regarding the transport sector, more than 60% of vehicles should be replaced to electric vehicles in China, and this share will be about up to 90% in France and the United States.Finally the sensitivity of parameters in the model is tested for a robust simulation, at each step of the work, and for all technology roadmaps. The results of the sensitivity tests show that electricity production and the emission intensity of production are the two parameters with the most important influence on CO2 emissions. Thus improving the efficiency of coal combustion and the energy efficiency of electricity will play an important role in the CO2 emission reductions.