Les travaux consignés dans ce mémoire ont été ou sont réalisés au sein du pôle de compétences " Actionneurs-Transport-Energie " de SATIE (ex. LESIR) de L'ENS de Cachan sur les deux sites cachanais et breton. Ce mémoire est organisé en 3 parties. La première partie est consacrée au résumé des travaux d'enseignement et de recherche. Les co-encadrements ainsi que les différentes publications scientifiques y sont également mentionnés. Chaque publication est référencée selon une nomenclature précisée dans cette première partie. Dans tout le mémoire, ces références sont indiquées en caractère gras. Le fil rouge des travaux présentés est l'étude de divers procédés de conversion et la modélisation de convertisseurs non-conventionnels. L'activité de conception est un domaine passionnant pour lequel je n'ai pu m'empêcher d'écrire quelques mots à travers un préambule intitulé " La conception : un art, une technique ou une science ? " (deuxième partie). Globalement cette partie traite des aspects philosophiques et épistémologiques de l'activité de conception et ses facettes subjectives et irrationnelles, autrement dit artistiques. Cependant, dans le dernier paragraphe intitulé " l'art au service de la science ", sont décrits les travaux concernant l'élaboration d'une méthodologie générique d'aide à la conception que représente la " Conception par Optimisation de Distribution " et les premiers résultats que nous avons obtenus (thème D). Dans la troisième partie est proposée une synthèse des travaux de recherche aux quels j'ai contribués. L'originalité des travaux menés réside à la fois dans les configurations électromagnétiques innovantes étudiées et dans les méthodologies de dimensionnement et d'analyse élaborées utilisant des approches combinées numériques et analytiques. En outre, ces travaux sont guidés par une volonté de développer une approche relativement synthétique de la conversion électro-magnéto-mécanique et d'établir des règles " générales " de conception et de modélisation. Cette synthèse débute avec un premier chapitre " Nomenclature et spécificité du couplage fractionné " qui permet de situer sur le plan structurel les travaux réalisés. Des critères de classification des actionneurs essentiellement électromagnétiques y sont proposés notamment le critère de couplage électromagnétique. Ce dernier permet de définir deux principales classes de machines : celles à couplage fractionné et celles à couplage polaire. Les spécificités de ces couplages sont ensuite examinées au travers d'une approche analytique tendancielle utilisant les lois de similitude. Ensuite, trois thèmes sont développés, chacun organisé en trois chapitres. Le premier thème concerne les configurations à couplage fractionné à bobinage global. Tout d'abord les performances intrinsèques de différentes dispositions dites " fondamentales " à aimants et/ou à réluctance sont examinées au travers de l'étude par motifs élémentaires (chapitre A.I). Ensuite, la répartition 3D de ces motifs, donnant lieu au concept polyentrefer, est analysée au chapitre A.II. L'intérêt, la faisabilité et les limitations de ce concept sont étudiés à partir d'approches théoriques mais également pratiques sur la base de plusieurs réalisations aussi bien tournantes que linéaires. Enfin, la répartition 2D des motifs élémentaires précédemment mentionnés, permet d'analyser les possibilités de ce type de couplage à la conception de structures monoentrefers (chapitre A.III) présentant des fonctionnalités spécifiques telles qu'un fort taux d'intégration aux contraintes d'application ou encore la simplicité d'alimentation électronique (structures monophasées). Le deuxième thème concerne les configurations à couplage polaire et à excitation homopolaire. De complexité structurelle croissante, trois configurations sont étudiées. La première (chapitre B.I), adaptée aux hautes vitesses de rotation à très forte puissance, concerne le freinage par courants induits où des modèles de dimensionnement combinés éléments finis-analytiques-circuits réluctants originaux ont été développés. La deuxième configuration (chapitre B.II) est de type " tout fer tournant " étudiée dans le cadre du stockage électromécanique. Enfin, la troisième configuration (chapitre B.III) est à double excitation : par aimants et par bobine permettant une meilleure optimisation du fonctionnement sur cycle notamment dans le cadre de la traction électrique ou hybride. Le dernier thème intitulé " composants mécatroniques pour l'Intelligence énergétique " concerne l'étude de systèmes présentant un couplage fondamentalement fort entre les différents phénomènes physiques mis en jeu. C'est le cas des récupérateurs d'énergie de la marche, de la houle ou encore thermique (chapitre C.I). C'est également le cas des soupapes électromagnétiques (chapitre C.II). Dans chaque chapitre sont rappelés les co-encadrements, les collaborations universitaires et/ou industrielles, les autres membres permanents de l'équipe impliqués dans le thème abordé ainsi que les références de(s) article(s) joint(s) en annexe. En outre, un bilan critique est présenté à la fin de chaque chapitre. Dans la dernière partie du mémoire sont proposés un bilan global des travaux menés ainsi que quelques perspectives et thématiques nouvelles.

On s'attache à étudier des modèles mathématiques multi-échelles pour des domaines variés : la rhéologie des matériaux vitreux, la biochimie dans la balnéothérapie et la biomécanique des sutures craniofaciales. Pour les matériaux vitreux, nous étudions un modèle de type cinétique et justifions mathématiquement des propriétés macroscopiques (transition vitreuse à faible cisaillement et comportement de type fluide newtonien à fort taux de cisaillement) après avoir remarqué une certaine analogie avec la pénalisation d'obstacles en mécanique des fluides. Nous proposons également une généralisation multi-dimensionnelle de ce modèle afin de prendre en compte des types d'écoulements généraux. En biochimie nous présentons un premier modèle très simplifié de réaction-diffusion et montrons comment concevoir un schéma numérique adapté en utilisant les hypothèses de modélisation. Enfin nous proposons un modèle de couplage biomécanique pour le développement des sutures qui rend compte du phénomène d'interdigitation que l'on observe en pratique.

A la suite d'une demande de divers secteurs en développement, comme !'-enfouissement des déchets (nucléaires, industriels et ménagers), et l'amélioration des ressources géothermiques, pétrolières ou en eau souterraine, la recherche sur les circulations de fluides dans les milieux fracturés a connu un essor croissant ces dernières années. Malheureusement, la modélisation des écoulements dans ces milieux se heurte à la complexité géométrique des champs de failles qui présentent une large gamme de longueurs et d'ouvertures, ainsi qu'une distribution spatiale non-homogène. La superposition de ces paramètres géométriques conduit en particulier à des effets d'échelles sur les coefficients de transport qui restent encore mal définis. Après avoir entrepris une analyse statistique bi-dimensionnelle de la géométrie de plusieurs réseaux de failles naturels, nous avons développé une approche fondée sur la théorie de la percolation, dans le but de déterminer les principaux paramètres géométriques gouvernant les propriétés de transport des milieux fracturés. La description géométrique d'une faille nécessite au moins trois paramètres géométriques, que l'on peut supposer a priori indépendants : sa position dans l'espace, sa longueur et son orientation. Pourtant, en analysant séparément leurs distributions spatiales nous avons montré qu'entre les différents paramètres géométriques, il existe des corrélations nettes qui résultent probablement des interactions mécaniques inteNenant lors de la croissance des champs de failles. En particulier, nos résultats suggèrent l'existence d'une relation entre la dimension fractale des barycentres de failles et l'exposant de la loi d'échelle de la distribution des longueurs de failles. L'adaptation de la théorie de la percolation à la géométrie spécifique des milieux fracturés en général, et à leur très large distribution de longueurs, en particulier, a permis de décrire leurs propriétés de connectivité. Cette analyse théorique a pu être vérifiée en deux et trois dimensions, grâce à un .modèle numérique. Les implications de cette analyse reposent en grande partie sur une quantification du rôle des "grandes" et des "petites" failles, qui permet de définir l'obseNable pertinent. La géométrie des chemins de connection (amas percolant) et des chemins d'écoulement (backbone) au seuil de percolation est décrite sous la forme de lois d'échelles. Il est également montré comment certaines distributions de longueurs, fréquentes dans la nature, impliquent nécessairement l'existence d'une échelle au-dessus de laquelle les réseaux de failles sont bien connectés (longueur de corrélation finie). L'application de notre analyse à plusieurs réseaux de failles naturels a permis de montrer l'adéquation de l'approche théorique développée. Ce travail définit un cadre théorique qui permettra de fournir les bases d'une modélisation originale des propriétés de transport des systèmes fracturés. Cette proposition de modèle s'appuie à la fois sur l'éventuelle dépendance d'échelle des coefficients de transport, qui a par ailleurs été obseNée grâce à une étude expérimentale menée sur le site de Ploemeur (Morbihan), et sur l'utilisation de distributions géométriques appropriées aux systèmes fracturés.

De grands corpus oraux comprenant des accents régionaux du français deviennent aujourd'hui disponibles : leurs données offrent une bonne base pour entreprendre l'étude des accents. Les outils de traitement automatique de la parole permettent de traiter des quantités de données plus importantes que les échantillons que peuvent examiner les experts linguistes, phonéticiens ou dialectologues. La langue française est parlée dans de nombreux pays à travers le monde. Notre étude porte sur le français d'Europe continentale, excluant ainsi des territoires comme le Québec, l'Afrique francophone ou encore les départements d'Outre-Mer. Nous étudierons des accents régionaux de France, de Belgique et de Suisse romande. Quelles sont les limites géographiques à l'intérieur desquelles il est possible d'affirmer que les locuteurs ont le même accent ? La réponse à cette question n'est pas évidente. Nous avons adopté la terminologie suivante, adaptée à nos données : nous parlerons d'accent lorsque nous ferons référence à une localisation précise telle qu'une ville ou une région donnée ; nous utiliserons le terme variété pour désigner un ensemble plus vaste. Bien que de nombreuses études décrivent les particularités des accents du français, il existe moins de travaux décrivant la variation de la langue dans son ensemble, et encore moins du point de vue du traitement automatique. De nombreuses questions restent ouvertes. Combien d'accents un auditeur natif du français peut-il identifier ? Quelles performances un système automatique pourrait-il atteindre pour une tâche identique? Les indices décrits dans la littérature linguistique comme caractéristiques de certains accents peuvent-ils être mesurés de manière automatique ? Sont-ils pertinents pour différencier des variétés de français ? Découvrirons-nous d'autres indices mesurables sur nos corpus ? Ces indices pourront-ils être mis en relation avec la perception ? Au cours de notre thèse, nous avons abordé l'étude de variétés régionales du français du point de vue de la perception humaine aussi bien que de celui du traitement automatique de la parole. Traditionnellement, nombre d'études en linguistique se focalisent sur l'étude d'un accent précis. Le traitement automatique de la parole permet d'envisager l'étude conjointe de plusieurs variétés de français : nous avons voulu exploiter cette possibilité. Nous pourrons ainsi examiner ce qui diffère d'une variété à une autre, ce qui n'est pas possible lorsqu'une seule variété est décrite. Nous avons la chance d'avoir à notre disposition un système performant d'alignement automatique de la parole. Cet outil, qui permet de segmenter le flux sonore suivant une transcription phonémique, peut se révéler précieux pour l'étude de la variation. Le traitement automatique nous permet de prendre en considération plusieurs styles de parole et de nombreux locuteurs sur des quantités de données importantes par rapport à celles qui ont pu être utilisées dans des études linguistiques menées manuellement. Nous avons automatiquement extrait des caractéristiques du signal par différentes méthodes ; nous avons cherché à valider nos résultats sur deux corpus avec accents. Les paramètres que nous avons retenus ont permis de classifier automatiquement les locuteurs de nos deux corpus.

Cette thèse traite de ce verrou théorique pour des vidéos naturelles. Les contributions scientifiques développées ont permis : 1. De réfuter mathématiquement le modèle gaussien en général adopté dans la littérature pour représenter le bruit de canal ; 2. D'établir pour la première fois, le caractère stationnaire des processus aléatoires représentant le bruit de canal, la méthode développée étant indépendante du type de données, de leur traitement et de la procédure d'estimation ; 3. De proposer une méthodologie de modélisation du bruit de canal à partir d'un mélange de gaussiennes pour une transformée aussi bien en cosinus discrète qu'en ondelette discrète et pour un large ensemble d'attaques (filtrage, rotation, compression, StirMark, ...). L'intérêt de cette approche est entre autres de permettre le calcul exact de la capacité du canal alors que la littérature ne fournissait que des bornes supérieure et inférieure. 4. Les contributions technologique concernent l'intégration et l'implémentions de ces modèles dans la méthode du tatouage IProtect brevetée Institut Télécom/ARTEMIS et SFR avec un gain en temps d'exécution d'un facteur 100 par rapport à l'état de l'art.

Dans le contexte des futurs stockages des matières nucléaires en couches géologiques profondes, le transfert desélénium 79 des eaux de nappes vers la biosphère, par le biais de l'irrigation, est un des scenarii envisagés parl'ANDRA. Le sol servirait alors d'interface entre la géosphère et la biosphère.Le modèle actuellement utilisé pour évaluer la mobilité de nombreux éléments dans le sol repose sur une représentationsimple de leur distribution entre la quantité adsorbée sur le sol et la quantité restante en solution (modèleKd), considérée comme instantanée, réversible et linéaire avec la concentration de contamination. Ce modèleprésente des lacunes vis-à-vis du sélénium puisque ce dernier peut être présent sous différents états redoxqui contrôlent sa mobilité et dont les cinétiques de transformation entre ces états sont peu connues (Se(-II), Se(0),Se(IV) et Se(VI)).Dans le but d'améliorer les prédictions faites sur la mobilité du sélénium dans un sol, le séléniate (Se(VI)), qui estla forme la plus mobile, a été utilisé pour étudier ses interactions vis-à-vis de deux sols différents (sol B et sol R).Un modèle cinétique, alternatif au modèle Kd, a été développé pour décrire l'évolution des stocks de Se(VI) ensolution, en considérant une fraction de sélénium associée au sol de façon réversible (potentiellement mobile) etune fraction stabilisée sur le sol (fixée pseudo-irréversiblement). Ce modèle intègre des cinétiques de stabilisationbiotique et abiotique sur le sol, et une cinétique de réduction en solution.Afin d'acquérir les paramètres des modèles, des expériences en batchs et en réacteurs à flux ouvert avecl'utilisation de sacs à dialyse ont été réalisées. L'acquisition des paramètres a permis de confronter les modèlescinétiques et Kd dans différents scenarii réalistes de contamination (chronique ou séquentielle) d'un sol de surfacepar du 79Se(VI).De plus, les mécanismes de sorption du Se(VI) au sein des deux sols ont été évalués en batch avec l'ajout de compétiteursspécifiques vis-à-vis de certains sites pouvant sorber ce dernier (acides humiques et carbonates de calcium).Ceci a été complété avec l'étude de la sorption du Se(VI) sur des phases pures commerciales (silice, hydroxyded'aluminium, goethite, bentonite, carbonate de calcium et acides humiques) ou extraites d'un sol (substanceshumiques), pour différentes concentrations en Se(VI) (10-8, 10-6 et/ou 10-3 mol/L), de l'impact de l'ajout dephases pures réactives, dans les sols, sur la sorption du Se(VI).Il a été montré que le Se(VI) était sorbé sous la forme de complexes de sphères externes (CSE) au sein du sol Rpour des concentrations inférieures à 10-6 mol/L, tandis que dans le sol B, la majorité était sorbée sous la formesde complexes de sphère internes (CSI). La formation de CSE étant réversible et instantanée, l'utilisation du modèleKd était donc suffisante pour décrire la sorption du Se(VI) au sein du sol R, dans les expériences en réacteursà flux ouvert.A contrario, pour le sol B, il a été montré que le modèle Kd, contrairement au modèle cinétique, présentait deslacunes pour décrire la sorption pseudo-irréversible du Se(VI), engendrée par la formation de CSI.Il a été montré que les mécanismes biotiques étaient majoritaires au sein du sol B, en raison de l'apport de nutrimentspour les microorganismes, par l'utilisation de sacs à dialyse en cellulose régénérée. Cependant les mécanismesabiotiques ont aussi eu lieux au sein du sol B.14/256Les études sur les phases pures ont montré que seuls l'hydroxyde d'aluminium (pH 5,2 et 8) et la goethite (pH 5,2)pouvaient sorber le Se(VI) respectivement de manière pseudo-irréversible et réversible (pour [Se(VI)] < 10-6mol/L).Enfin, il a été montré que l'ajout de certaines phases pures (goethite et hydroxyde d'aluminium) au sein des deuxsols, pouvait entrainer une augmentation ou une diminution de la sorption du Se(VI) par rapport à celle attendue(additivité réactionnelle). Les interactions solide/solide directes et/ou indirectes, (la plus connue étant le coating)peuvent être à l'origine de la difficulté d'évaluation, de manière générique, de la sorption du Se(VI) au sein dusol, connaissant seulement sa composition élémentaire.

L'objectif de cette thèse est la caractérisation de la porosité de la pâte de ciment partiellement saturée par des ondes ultrasonores. Les corrélations entre les vitesses ultrasonores et la porosité ont été étudiées en se basant à la fois sur les résultats expérimentaux et la modélisation micromécanique. Des mesures expérimentales de vitesses ultrasonores longitudinales et transversales en fonction du rapport eau/ciment et à différents états de saturation ont été réalisées sur la pâte de ciment avec et sans entraîneur d'air. En modélisation micromécanique, les effets de saturation ont été modélisés en supposant que la structure poreuse est formée d'inclusions ellipsoïdales de facteur de forme variable selon le rapport E/C. Afin d'estimer les modules homogénéisés élastique de la pâte de ciment et de pâte de ciment à entraîneur d'air différents modèles micromécaniques ont été étudiés. Les résultats de la modélisation micromécanique ainsi que les résultats expérimentaux ont montré que les vitesses des ondes longitudinales et transversales de la pâte de ciment à l'état sec sont inférieures à ceux de l'état saturé. Cet effet est tout aussi important pour l'ensemble des rapports E/C. Le modèle de Mori-Tanaka a donné la meilleure estimation des résultats expérimentaux mesurés sur la pâte de ciment. Alors que le modèle auto-cohérent a donné la meilleure estimation des propriétés mécaniques et ultrasonores de la pâte de ciment avec entraîneur d'air.Les résultats de ce travail devraient constituer le fondement d'un processus d'inversion et d'amélioration de la détermination de la porosité de la pâte de ciment par les ultrasons en tant que méthodes non destructives

Cette thèse a pour objet le développement d'un module d'utilisation des sols compatible avec le modèle NEMESIS, qui est un modèle économique détaillé de l'Union Européenne. Cette thèse a également pour objectif d'utiliser conjointement le modèle NEMESIS et le module d'allocation des sols pour analyser les effets de plusieurs politiques européennes et notamment leurs impacts sur l'économie et l'utilisation des sols. Le premier chapitre décrit d'une part la construction de la base de données d'utilisation des sols et d'autre part, explique le développement du module d'allocation des sols au niveau des États de l'Union Européenne, en utilisant des fonctions d'offre et de demande de terre agricole et un modèle d'expansion des terres urbaines. Le second chapitre traite, au travers de deux applications, du problème de la construction de scénarios en modélisation appliquée. Un premier scénario, construit suivant une approche dite tendancielle, est présenté de façon détaillée et analysé. Ce scénario sert également de référence pour les évaluations des politiques européennes. Une seconde application propose quatre scénarios élaborés suivant une approche dite " imaginative", c'est-à-dire en imaginant différentes possibilités d'évolution contrastée des principales variables motrices de la croissance économiques. Le troisième chapitre présente la construction et le fonctionnement d'une combinaison de différents modèles ou " chaîne de modèles ". Celle-ci sera utilisée pour l'évaluation économique et environnementale d'une politique de libéralisation de l'agriculture européenne avec ré-allocation des fonds aux contribuables ou à l'aide à la recherche et développement. Cette " chaîne de modèles " combinele modèle NEMESIS avec un modèle agricole détaillé (CAPRI), un modèle de gestion des forêts (EFISCEN )et un modèle détaillé d'allocation des sols (Dyna-CLUE). Enfin le dernier, et quatrième chapitre, présente, après la construction d'indicateurs sur l'utilisation des nutriments dans l'agriculture, l'évaluation des conséquences économiques de deux politiques européennes : d'une part, une politique de biodiversité caractérisée par l'augmentation des forêts protégées ou par une production agricole extensive et d'autre part une politique de soutien au développement des biocarburants au niveau européen.

Dans un contexte technologique où le degré d'intégration des circuits en micro et optoélectronique est de plus en plus fort, il apparaît nécessaire aux concepteurs de ces circuits de disposer d'outils de simulation complets permettant non seulement d'étudier le fonctionnement des différents éléments constitutifs des sous-systèmes qu'ils réalisent, mais également d'évaluer les performances globales de l'ensemble. Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de modèles de composants optoélectroniques en utilisant le langage VHDL-AMS, langage particulièrement bien adapté à la modélisation de systèmes multi-domaines en intégrant les différentes contraintes: l'électronique, l'optique, la thermique ou la mécanique. Ce langage offre aussi la possibilité de modéliser à différents niveaux d'abstraction un même système. Notre travail se situe dans le contexte du projet SHAMAN, dont le but était de modéliser chaque composant d'un microsystème opto-électronique à haut débit, courte distance et à fortes interactions thermiques et mécaniques. La mise en œuvre d'une méthodologie de modélisation hiérarchique permettant de commuter entre deux conceptions ascendante et descendante amène à des solutions optimales en termes de performances, de coût et de temps de conception: ceci en ré-utilisant des composants virtuels dont l'utilisation est régie par des règles de propriétés intellectuelles (IP).

La construction d'une application répartie fait en général intervenir une couche logicielle particulière, appelée intergiciel, qui prend en charge la transmission des données entre les différents noeuds de l'application. La conception d'applications pour les systèmes embarqués temps-réel implique la prise en compte de certaines contraintes spécifiques à ce domaine, que ce soit en terme fiabilité ou de dimensions à la fois temporelles et spatiales. Ces contraintes doivent notamment être respectées par l'intergiciel. L'objet de ces travaux est la description des applications temps-réel réparties embarquées en vue de configurer automatiquement l'intergiciel adéquat. L'étude se focalise sur la définition d'un processus de conception permettant d'intégrer les phases de description, de vérification et de génération de l'application complète. Pour cela, nous nous reposons sur le langage de description d'architecture AADL. Nous l'exploitons comme passerelle entre la phase de description de l'architecture applicative, les formalismes de vérification, la génération du code exécutable et la configuration de l'exécutif réparti. Nous montrons comment spécifier un exécutif pour AADL afin de produire automatiquement le code applicatif et l'intergiciel pour une application répartie. Nous montrons également comment exploiter ces spécifications pour produire un réseau de Petri afin d'étudier l'intégrité des flux d'exécution dans l'architecture. Afin de valider notre processus de conception, nous avons conçu et développé Ocarina, un compilateur pour AADL qui utilise l'intergiciel schizophrène PolyORB comme exécutif.