La croissance soutenue du transport de marchandises et les déséquilibres dans sa distribution spatiale amènent à s'interroger sur l'évolution à long terme du fret et sur ses répercussions en termes d'aménagement du territoire. Un modèle spatial de simulation à long terme du transport de marchandises est développé pour comprendre et expliciter les mécanismes d'évolution et d'organisation spatiale des transports de marchandises. L'analyse et la modélisation spatiales développées reposent sur la distinction d'une dimension conjoncturelle du fret liée à l'activité industrielle, et d'une dimension structurelle relevant de la structuration spatiale et socio-économique du territoire. Cette seconde dimension est évaluée à l'aide de coefficients structurels qui expriment l'écart entre les trafics observés et les trafics potentiels dans une situation théorique d'indépendance entre les régions. Le modèle rend compte des facteurs explicatifs et des tendances lourdes qui déterminent la formation et l'évolution à long terme des transports intra- et interrégionaux de marchandises, leur répartition régionale et la distribution spatiale des flux interrégionaux. Sur le plan conjoncturel, le modèle met en évidence une sensibilité variable du fret à la croissance industrielle et également différenciée selon les catégories de produits transportés et selon l'échelle géographique de transport. Sur le plan structurel, la structure spatiale du fret d'échange est expliquée par des indicateurs de coût de transport et de proximité interrégionale et connaît à long terme une forte inertie. Les scénarios de simulation testés présentent des avenirs possibles des volumes et de la distribution spatiale du fret, selon des hypothèses contrastées de croissance industrielle et d'aménagement du territoire, entre d'un côté, une polarisation accrue du fret sur le bassin parisien et l'axe Nord-Sud et de l'autre côté, une diffusion spatiale plus large.

Cette étude s'inscrit dans le cadre de la modélisation distribuée à base physique des interactions entre processus de surface et de subsurface. Une nouvelle approche de modélisation, dite darcéenne multidomaine , est présentée. Les équations de Richards et de l'onde diffusive sont respectivement utilisées pour décrire le processus d'infiltration et de ruissellement. L'équation de l'onde diffusive est transformée en une équation de diffusion non linéaire similaire à l'équation de Richards. L'écoulement d'eau à la surface du sol est alors assimilé à un écoulement dans un milieu poreux aux propriétés particulières. Une couche de milieu poreux, appelée couche de ruissellement, est introduite dans le domaine de calcul. L'ensemble de la dynamique surface/subsurface est alors décrite dans un continuum darcéen par une seule équation de Darcy non linéaire avec des paramètres domaine-dépendants. Cela permet notamment d'imposer une continuité hydraulique entre l'eau de surface et l'eau de subsurface. Un modèle de transport permettant de s'attaquer à la problématique de la séparation d'hydrogramme est également implémenté. Le modèle développé est évalué à partir de cas tests classique de la littérature. Une analyse de sensibilité ainsi qu'une étude détaillée du ruissellement hortonien sont ensuite présentée. Enfin, l'expérience réalisée par l'IRD sur la parcelle de Thies au Sénégal est reproduite. Les résultats sont encourageants et laisse penser que l'approche de modélisation développée permet de reproduire correctement à petite échelle la dynamique fortement couplée des systèmes hydrologiques de type parcelle ou versants.

L'expansion des systèmes photovoltaïques (PV) a mis en évidence la présence de pertes par couplage des modules, ou pertes par mismatch, privant les producteurs d'énergie électrique supplémentaire. Cette thèse vise à mieux comprendre les causes et mécanismes des pertes par mismatch dans le cas des installations connectées au réseau électrique. Deux solutions pour réduire ces pertes sont proposées, étudiées et comparées. La modélisation des champs PV soumis à l'ombrage pour la prévision de production électrique sera abordée et le modèle validé expérimentalement. Une première solution consistant à modifier le schéma de câblage du champ sera présentée. Ensuite, des architectures alternatives de systèmes raccordées au réseau visant à limiter le mismatch des modules grâce à l'implantation d'électronique de puissance seront évaluées. Pour conclure ce travail, une comparaison globale des solutions sera menée en s'appuyant sur des systèmes de tailles résidentielle et commerciale.

Ce travail multidisciplinaire vise à exploiter les enregistrements de l'évolution des enveloppes fluides terrestres au Précambrien (altération continentale et de la sédimentation marine). Des BIFs archéens (Carajás, Brésil) attestent de l'oxydation incomplète du fer dissous océanique, alors que des grès à pyrites indiquent la pauvreté en sulfates océaniques. Des expériences annuelles d'altération de roches en conditions précambriennes, support d'un modèle numérique, encadrent le temps requis pour que la pCO2 atm diminue de 300 PAL (Present Atmospheric Level) à 1 PAL entre 200 000 et 500 000 ans suite aux glaciations globales néoprotérozoïques. La consommation précambrienne de CO2atm, inférieure à l'Actuel, s'explique par l'absence de végétaux terrestres. Enfin, la modélisation de la précipitation abiotique des cap carbonates néoprotérozoïques montre que le dégazage et/ou l'évaporation d'un océan riche en CO2 expliquent la formation de ces roches au sortir des glaciations globales.

La modélisation de la dynamique glaciaire passe par la compréhension et la reproduction des processus physiques responsables des déplacements observés à la surface des glaciers. Certains de ces processus, et en particuliers ceux qui oeuvrent à la base des glaciers, sont moins bien maîtrisés. Ainsi, même si le glissement à la base des glaciers à été observé dès le début du XXe siècle sa modélisation reste un problème actuel. La majorité des modèles de dynamiques glaciaires utilisent des lois de frottement uniquement basées sur la contrainte basale tangentielle pour déterminer les vitesses de glissement. Il est alors nécessaire de faire varier en temps et en espace le paramètre de la loi de frottement pour obtenir un champ de vitesse comparable aux données mesurées. Par ailleurs, de nombreuses études ont montré que la pression et donc le volume d'eau à la base des glaciers jouait un rôle important sur la vitesse de glissement des glaciers. L'objectif de cette thèse est de mettre en place un modèle capable de calculer la pression d'eau à la base des glaciers et de le coupler à un modèle d'écoulement glaciaire par l'intermédiaire d'une loi de frottement. On utilise pour cela une approche utilisant des milieux poreux analogues représentant les deux composantes (inefficace et efficace) du système de drainage. Les expériences de sensibilité présentées montrent que cette méthode permet de reproduire les spécificités d'un système de drainage sous-glaciaire. Enfin, la reproduction qualitative d'un phénomène glaciologique extrême de jökulhlaup (vidange de lac sous-glaciaire) a permis de vérifier la robustesse du modèle.

Cette recherche porte sur l'exploration et la qualification des dispositifs évolutionnaires appliquées à la conception architecturale. Ici, ce sont les qualités environnementales et plus particulièrement les qualités solaires passives de l'enveloppe de l'édifice qui guideront le processus évolutionnaire. Nous nous attachons plus particulièrement aux phases initiales de la conception, et nous cherchons à spécifier un outil d'assistance favorisant et stimulant une conception créative. Après avoir établi et structuré une connaissance sur les processus de conception, sur la créativité, sur les qualités thermiques et sur les méthodes évolutionnaires, nous proposons un outil prototypal, fondé sur un algorithme génétique et implanté dans un logiciel de type modeleur. Celui-ci a été expérimenté dans le milieu pédagogique, et nous a conduit à caractériser les modalités de création et de conceptualisation de la forme architecturale dans le cadre d'une instrumentation évolutionnaire. Ainsi nous notons le basculement cognitif d'une pensée implicite vers une pensée explicite comme caractéristique fondamentalement de l'instrumentation générative. De plus nous insistons sur l'importance de l'indétermination signifiante comme composante essentielle de la création. Enfin nous proposons la notion de « trans-forme » comme élément caractéristique d'une pensée du processus et de la multiplicité. Cette « meta-forme » serait issue de la description des conditions de mise en forme à travers la paramétrisation des comportements aux limites et des modalités d'émergence.

Dans ce travail de thèse, un outil logiciel d'aide à la conception des robots hexapodes a été réalisé en développant un modèle électro-hydraulique non linéaire d'un vérin. Ce vérin à haute vitesse (5m/s) et d'une forte capacité de charge (10 tonnes en statique et 1 tonne en dynamique) est piloté par deux servovalves trois étages montées en parallèles. Le modèle a été développé à partir des données constructeurs et de paramètres non mesurables qui ont été estimés. Les tests expérimentaux réalisés sur banc d'essai ont permis de valider le modèle élaboré. Celui-ci est représentatif du comportement de l'ensemble indissociable, servovalve-vérin hydraulique, sur tout son domaine de fonctionnement. Une étude en simulation de l'asservissement du vérin a été menée en prenant en compte son comportement non linéaire. Un régulateur proportionnel permet d'obtenir une loi de commande rapide en assurant, pour tous les points de fonctionnement, un bon compromis entre stabilité et précision grâce à l'effet intégral du système. Par ailleurs, afin d'introduire les robots hexapodes en milieu marin hyperbar, des solutions technologiques aux problèmes liés à l'alimentation en huile du vérin et la gestion des fuites ont été proposées. Une étude préliminaire sur la jambe des robots hexapodes suggère qu'une nouvelle structure utilisant une tige en S pourrait être envisagée pour augmenter l'espace de travail de l'hexapode nécessitant néanmoins une augmentation de la taille de la rotule.

Les travaux effectués dans le cadre de mes activités de recherche et d'enseignements au sein du Centre Energétique et Procédés de l'Ecole des Mines de Paris concernent la description et la compréhension des problématiques liées à l'environnement dans le cadre du protocole de Kyoto. Dans ce cadre, les satellites d'observation de la Terre sont un formidable outil d'investigation. Ils permettent notamment une perception des phénomènes physiques au travers des structures dans l'espace et leur évolution dans le temps. Mes travaux exploitent les observations et mesures satellitaires (images, profils). Ils s'appuient sur la modélisation des structures observées dans l'environnement et sur la fusion de données. Pour cette dernière, j'ai adopté la définition proposée par le groupe de travail de l'association EARSeL (European Association of Remote Sensing Laboratories) : "la fusion de données constitue un cadre formel dans lequel s'expriment les moyens et techniques permettant l'alliance des données provenant de sources diverses. Elle vise à obtenir des informations de meilleure qualité ; la définition de meilleure qualité dépendant de l'application". Elle vise donc à tirer le meilleur parti possible de l'ensemble des observations et informations disponibles sur notre environnement.

La production froide des huiles lourdes avec production conjointe de sable a été utilisée avec succès dans les formations peu consolidées de l'Alberta. Il existe un lien très net entre la production de sable et la production d'huile, mais les mécanismes mis en jeu sont complexes. Une cellule expérimentale a été conçue à l'IFP afin de visualiser les phénomènes d'érosion associés. Les résultats obtenus permettent de différencier deux schémas d'érosion selon les conditions d'essais: venue massive de sable avec baisse de densité dans un secteur de la couche de sable ou formation d'une cavité. Les conditions in-situ, forte densité relative et forte pression de confinement, orientent vers l'hypothèse du développement de cavités. La modélisation numérique du problème d'érosion proposée dans le cadre de cette thèse a pour originalité de considérer deux modèles mécaniques distincts en interaction pour représenter le réservoir d'une part et le mélange sable/huile (slurry) en écoulement d'autre part. Un algorithme spécifique a été défini et testé avec succès dans un cas unidimensionnel, puis dans le cas d'une configuration plane.

Les travaux développés durant cette thèse, ont permis la mise au point d'un simulateur qui permet de prévoir le comportement d'une hydrolienne dans son environnement. A cet effet, une approche multiphysique a été adoptée pour la modélisation de l'ensemble de la chaîne de conversion d'énergie. L'environnement de simulation ainsi développé peut également être utilisé pour le dimensionnement et l'évaluation de la rentabilité d'installations hydroliennes. A l'heure actuelle, l'outil développé permet de simuler tous les types de turbines à axe horizontal. De plus, il permet de choisir entre deux topologies électriques différentes ; une basée sur la génératrice asynchrone à double alimentation et une sur la génératrice synchrone à aimants permanents. Pour ces deux technologies, deux types de commande en vitesse ont été proposés. La première stratégie consacre l'utilisation des régulateurs linéaires PI. La deuxième, quant à elle, propose une commande non linéaire dite modes glissants d'ordre supérieur. Les différents composants du simulateur ont été testés et éprouvés expérimentalement en termes de modèles et en termes de performances de régulations de vitesse. Les développements présentés dans ce mémoire restent cependant perfectibles ouvrant ainsi la voie à d'intéressantes perspectives.