Les eaux souterraines constituent un des principaux facteurs de contrôle influençant l'activité des glissements de terrain. L'étude hydrogéologique constitue donc une étape incontournable dans la compréhension de leur fonctionnement, en vue de prédire leur déplacement ou d'adapter les solutions d'assainissement. Cependant, les aquifères qui se développent au sein des glissements de terrain sont généralement complexes, et la compréhension de l'hydrogéologie des grands glissements reste encore aujourd'hui une problématique majeure. Dans un contexte climatique extrême de type tropical humide, les glissements du cirque de Salazie (île de La Réunion) constituent des cas d'étude particulièrement porteurs pour l'apport de nouvelles connaissances sur l'hydrogéologie et le fonctionnement des mouvements de terrain de grande ampleur. Pour caractériser ces glissements, une étude pluridisciplinaire associant géologie, hydrochimie, modélisation numérique (globale et déterministe), est mise en œuvre. Sur le secteur nord du cirque de Salazie, l'étude géologique réalisée permet de reconstruire la géométrie de la base d'une instabilité de très grande ampleur, dont le volume est estimé à 370 Mm3. Le glissement de Grand Ilet (175 Mm3) en est la partie la plus active. Les formations volcano-détritiques (brèches) constituant le glissement sont des dépôts d'une ancienne avalanche de débris (> 350 Ma), réactivés localement. Cette étude met également en évidence un régime de déformation extensif associée à l'activité du glissement, favorisant le développement de zones décomprimées subverticales. Au sein des brèches constituant la zone instable, un aquifère continu est identifié. Les écoulements souterrains y sont contrôlés par la géométrie de la base du glissement. Par ailleurs, la nature du couvert végétal en surface, le climat, les propriétés des sols et l'épaisseur de la zone non saturée font que seuls les épisodes pluvieux intenses dont le cumul dépasse 80 mm/ évènement génèrent une recharge de l'aquifère des brèches. Lors de cette recharge, les zones décomprimées favorisent des transferts rapides (< 1 jour) à travers la zone non-saturée, malgré des épaisseurs pouvant atteindre localement 160 mètres. Une infiltration plus lente percole à travers la matrice poreuse des brèches. Pour l'étude de la dynamique des grands glissements dans le cirque de Salazie, l'application de l'outil de modélisation inverse met en évidence que les variations de vitesses de déplacement sont directement reliée aux processus de recharge et de tarissement de la nappe des brèches. Ces modèles s'avèrent particulièrement performants pour prédire les déplacements des grands glissements et comprendre leur fonctionnement. / The landslide activity is commonly controlled by the variation of hydraulic head inside the instable mass. Thus, the hydrogeological study of landslides is an essential step to predict landslide dynamic, and for the remediation choices. However, the aquifers developed in landslide are generally complexes. Actually, the comprehension of landslide hydrogeological functioning is a major problematic, especially for the deep-seated landslides.Under humid tropical climate, the Salazie landslides (Reunion Island) allow to implement an interesting study to characterized deep-seated landslide hydrogeology and functioning. In this study, we performed a multidisciplinary approach, combining geology, hydrochemistry and numerical modeling (global and deterministic);The geological study allows the construction of the deep seated landslide geological model (Grand Ilet sector). The Grand Ilet landslide, corresponding to 175 Mm3, is the most active part of deep seated instability whose the total volume is estimated at 370 Mm3. The volcano-detritic lithologies (i.e basic breccia) constitute the main geological formation of the unstable mass. This breccia is a present-day reactivation of an old destabilization (> 350 Ma). Furthermore, the extensive deformation generated by the landslide activity allows the formation of decompressed zones.Inside breccias, a continuous aquifer is identified. Here, the groundwater flows are controlled by the geometry of the landslide base. Natural land cover, soils properties, unsaturated zone thickness and warm temperature limit the groundwater recharge. Only the intense rainfall episode (80 mm/event) can generated the recharge of landslide aquifer. During these events, rapid transfers circulating inside the decompressed zones have a significant effect on hydraulic charge variations. A slow component is infiltrated inside the porous medium of breccias.The inverse modeling methods with bimodal Gaussian-Exponential transfer function is applied to study the Salazie landslides dynamic. The results show that landslide speed variations are directly controlled by groundwater level variations during the hydrologic cycle (recharge and recession stage). Consequently, the inverse model is a powerful tool for predicting deep-seated landslide movements and for studying how they function.

L'objectif de cette thèse est d'expliquer les avantages qu'offrent la reconstruction de l'architecture des unités géologiques, leurs déformations ainsi que leurs variations au cours du temps à l'exploration de ressources minérales, tout en appliquant des méthodes et outils de modélisation 3D et 4D. La modélisation et la restauration structurale sont utilisées ici pour estimer des attributs géologiques qui peuvent aider à la compréhension de la formation des gisements, et à l'identification des zones favorables aux minéralisations. Cette thèse est axée sur l'application de la modélisation 3D et 4D à des cas réels pour trouver le lien entre une minéralisation et des processus géologiques tel que l'exhumation des terrains, l'activité des failles et la fracturation résultant d'un évènement de déformation. Ce mémoire est organisé en trois parties : (i) la modélisation structurale ainsi que la restauration surfacique ont été appliquées au district minier de la Ceinture de Cuivre de Legnica-Glogów (sud-ouest de la Pologne), pour estimer les conditions favorables à la fracturation hydraulique. Cette fracturation est intervenue dans le nord de l'Europe lors d'une phase d'inversion à la fin du Crétacé et au début du Paléocène. Dans notre hypothèse de départ, la fracturation hydraulique développée au cours de cette période a joué un rôle important dans la distribution en cuivre observée aujourd'hui dans le district minier ; (ii) la courbure des surfaces triangulées, représentant les horizons de la région des Sudètes polonaises, permet de mettre en évidence les systèmes de failles dans le socle. En particulier, des méthodes de restauration surfaciques ont été utilisées pour évaluer l'activité de des failles au cours du temps, en se basant sur la courbure des surfaces obtenues à chaque étape de la restauration. Les zones de fortes activités sont ici associées aux processus de minéralisation cuprifère de la région ; (iii) la restauration mécanique de la région de Mount Pleasant (Australie occidentale), a permis de simuler un évènement de raccourcissement apparu dans l'Archéen et qui est lié à un processus de minéralisation aurifère. La restauration mécanique est appliquée pour estimer le champ des déformations de la région au moment du raccourcissement. Avec ce champ de déformation, il est possible de calculer les paramètres d'endommagement de la masse rocheuse qui semblent liés aux zones aurifères situées hors des systèmes principaux de failles. Cette thèse a ainsi permis de mettre en évidence l'aspect prometteur de la modélisation et de la restauration structurale pour identifier des zones potentiellement minéralisées, mettant en valeur leur utilisation pour l'exploration des gisements et des ressources minérales / The objective of this Ph.D. thesis is to apply 3D and 4D modeling methods to reconstruct the architecture and deformations over time of geological entities in a defined region. Structural restoration modeling is used here to estimate geological, physical and structural attributes for understanding the origin of ore-deposits, and for identifying potential mineralized areas. We focused this thesis on 3D and 4D modeling on real case studies with different geological contexts (e.g. uplifting, fault activity and shortening), demonstrating the advantages and drawbacks on their use for similar situations. This thesis is organized into three parts: (i) the application of structural modeling in the mining district of the Copper Belt of Legnica-Glogów (south-west Poland). A surface-restoration approach was applied to estimate favorable conditions for hydraulic fracturing during an inversion, occurred in the northern part of Europe at Late Cretaceous--Early Paleocene. In our hypothesis, hydraulic fracturing developed at that time played an important role in the distribution of copper content observed in present days in the mining district. (ii) The curvature calculated on triangulated surfaces that represent the stratigraphic horizons in the Fore-Sudetic region (Poland), are used to highlight the fault systems in the basement as well as their activity. High curvature values reveal the fault activity which is associated with the copper mineralization process in the region. (iii) Mechanical restoration of the Mount Pleasant, Western Australia, simulates an Archean shortening event which occurred in the area linked to the gold mineralization process. The mechanical restoration was used to estimate the strain field in the region at the time of shortening. This deformation field was used to estimate the damage parameters of the rock mass. They show new potential gold areas located in off-fault gold systems. In conclusion, it is shown that 3D modeling and structural restoration could be used to identify potential favorable zones for the presence of mineralization, and seem promising as a tool for the exploration of ore-deposits and mineral resources

Les échangeurs réacteurs intensifiés (ERI) sont des échangeurs de chaleur utilisés comme réacteurs chimiques afin d'intensifier les procédés de synthèse. L'ERI étudié dans ce travail est composé de plaques en carbure de silicium, lui conférant ainsi des propriétés thermiques et chimiques importantes. En contrepartie, l'utilisation du SiC accentue les risques de rupture fragile, à ajouter aux risques principaux associés aux ERI qui sont les fuites de fluide et l'emballement thermique de la réaction. L'intensification des procédés représente un gain important en terme de productivité, de sécurité et d'impact environnemental, à condition de maîtriser la conception et la mise en œuvre de l'ERI. L'objectif de ce travail est de proposer une démarche d'étude adaptée à ce type de produit en général, et d'optimiser la conception de cet ERI en particulier. Pour cela, les modèles thermo-chimique et thermo-mécanique de l'ERI sont développés puis utilisés dans une étude mécano-fiabiliste, notamment au moyen à la méthode AK-MCS basée sur l'interpolation par krigeage de la fonction de performance. / Intensified heat exchanger reactors (ERI) are heat exchangers used as chemical reactors for process intensification. The ERI studied in this work is composed of silicon carbide (SiC) based plates, giving it interesting thermal and chemical properties. In return, the use of SiC increases the brittle fracture risk, in addition of the main risks that are leaking fluid and thermal runaway reaction. The process intensification represents a significant gain in productivity, safety and environmental impact, provided that the design and the implementation procedure of the ERI are optimized. The objective of this work is to propose a process of study suited to this type of product in general, and to optimize the design of this ERI in particular. For this, the thermo-chemical and thermo-mechanical models are developed and used in a mechano-reliability study, notably using the AK-MCS method based on kriging interpolation of the performance function.

Les implants cochléaires permettent aux personnes atteintes de surdité profonde de percevoir des sons. La modélisation comportementale de la partie externe de l’implant a été réalisée avec le logiciel Matlab. L’étude du canal de transmission et sa modélisation utilisant des modèles électriques de tissus biologiques a été ensuite effectuée ainsi que l’étude du niveau de bruit introduit par le canal. Deux types de modulations différentes sont réalisés à l’émission chacune nécessitant un oscillateur. L’étude théorique et la création d’un nouveau modèle afin d’évaluer le bruit de phase ont été proposés. L’extraction du jitter à partir du bruit de phase et son impact sur la chaine de réception complète a été estimée. La compréhension précise et la modélisation des différentes parties de l’oreille humaine qui conduisent à la stimulation des terminaisons nerveuses sont décrites. Par la suite nous avons développé un nouveau modèle mécanique de l’organe de Corti et du déplacement des stéréociles, que nous avons validé à l’aide de données provenant d’expériences physiques. La modélisation mathématique de la synapse entre les cellules ciliées et les fibres nerveuses a été réalisée, afin d’obtenir le stimulus électrique relatif à un son perçu quelconque. De plus un nouveau modèle analogique décrivant la propagation de l’information nerveuse a été développé. En se basant sur la spectroscopie d’impédance électrochimique des tissus biologiques, nous avons créé un modèle électrique du fil d’électrodes inséré dans la cochlée. / Cochlear implants are used by severely deaf people for partial hearing sensation. Behavioral modeling of the external part of the cochlear implant was first performed using the software Matlab. Then the propagation channel was modeled using electrical analogy of the biological tissues. Noise extraction of the propagation channel was performed in order to obtain the specifications for the RF receiver. Two types of diverse modulations are performed in the transmitter each one requiring an oscillator. The theoretical study and the creation of a new model allowing phase noise estimation is also proposed in this document. Jitter estimation from phase noise was performed and significantly impacted the overall chain transmission, suggesting oscillators blocks optimization. The accurate heterogeneous modeling of the various part of the internal ear leading to auditory nerve excitation was developed. Then a new mechanical equivalent of the organ of Corti and stereocilia displacement was developed and confirmed by physical experiments. The synapse between the hair cells and nerve fibers was mathematically modeled, in order to obtain the electrical stimulus of the auditory nerve associated with a random sound stimulus. Furthermore a new analog model of the nerve fiber information propagation was realized in order to obtain a realistic electrical analogy with nerve fiber depolarization propagation. Based on impedance spectroscopy biological tissue characterization, we proposed a new electrical analogy of the system composed of the electrodes inserted inside the cochlea.

Cette thèse s’intéresse à la synthétisation de paysages naturels, et plus particulièrement, à leur portion céleste. L’aspect du ciel est gouverné par de nombreux phénomènes atmosphériques parmi lesquels les nuages jouent un rôle prépondérant car ils sont fréquemment présents et couvrent de grandes étendues. Même sans considérer directement le ciel, la densité des nuages leur permet de modifier intensément l’illumination globale d’un paysage. Les travaux de cette thèse se concentrent donc principalement sur l’édition, la modélisation et l’animation d’étendues nuageuses aux dimensions d’un paysage. Comme la simulation thermodynamique de la formation des nuages est difficilement contrôlable et que les détails du volume simulés sont rapidement limités, nous proposons plutôt une méthode par génération procédurale. Nous érigeons un modèle léger de paysage nuageux sous forme d’une hiérarchie de fonctions. Les détails les plus fins sont obtenus par composition de bruits procéduraux et reproduisent les formes de différents genres de nuages. La présence nuageuse à grande échelle est quant à elle décrite à haut niveau et à différents instants par des cartes dessinées par l’utilisateur. Ces cartes discrètes sont transformées en primitives implicites statiques ensuite interpolées par métamorphose en prenant en compte le relief et les vents pour produire des trajectoires cohérentes. Le champ implicite obtenu par mélange des primitives interpolantes constitue le champ spatiotemporel de densité nuageuse. Des images sont finalement synthétisées par rendu du milieu participatif atmosphérique selon notre propre implémentation exécutée en parallèle sur carte graphique / This thesis focusses on the synthetization of natural landscapes, and more particularly on their celestial part. The aspect of the sky is governed by plenty of atmospheric phenomena, among which clouds play a major role for they are recurrent and widespread. Even without directly considering the sky, the density of the clouds allows them to intensely modify the global illumination of a landscape. The work of this thesis thus focuses mainly on the editing, modelling and animation of cloud areas of landscape dimensions.Because the thermodynamic simulation of cloud formation is hard to control and its maximum resolution quickly limits the details of the simulated volume, we propose instead a procedural generation method. We build a lightweight cloudscape model as a hierarchy of functions. The finest details are obtained by composing procedural noises and reproduce the specific shapes of different kinds of clouds. The large-scale cloud presence is described at a high level and at different times by maps drawn by the user. These discrete maps are transformed into implicit static primitives and then interpolated by morphing, accounting for relief and winds in order to produce coherent trajectories. The implicit field obtained by mixing the interpolating primitives represents the spatiotemporal field of cloud density. Images are finally synthesized by rendering of the atmospheric participative medium according to our own implementation, executed in parallel on a graphic card

Les poumons sont constitués d’un arbre par lequel circule l’air et qui alimente le parenchyme où ont lieu les échanges gazeux avec le sang. Certaines pathologies affectent la structure de l’arbre ou du parenchyme induisant des défauts dans l’approvisionnement en air ou des efforts respiratoires accrus. Etudier l’organe in-vivo est complexe. La modélisation mathématique peut apporter un éclairage utile sur les effets associés aux pathologies touchant le poumon, et la pertinence des traitements proposés. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons un modèle mécanique de ventilation pulmonaire. Un arbre 0D est couplé de manière forte à un modèle de parenchyme 3D. On met en évidence l’impact sur la distribution de ventilation des conditions aux limites et d’altérations de l’arbre ou du parenchyme. Le comportement de ce modèle est comparé à celui d’un modèle plus simple et couramment utilisé.Dans une deuxième partie, on propose un modèle d’arbre asthmatique et on étudie dans quelle mesure respirer un gaz moins dense que l’air permet de diminuer les efforts et les défauts de ventilation. On propose ensuite une approche visant à déterminer la distribution des constrictions bronchiques les plus sévères à partir de données d’imagerie. Notre démarche s’appuie sur l’utilisation du modèle de ventilation, enrichie par une technique d’apprentissage statistique.On présente finalement deux études prospectives. La première étend les modèles de ventilation introduits précédemment avec pour objectif de modéliser la spirométrie. La deuxième s’inscrit dans une perspective visant à déterminer la géométrie du poumon à partir de mesures simples prises sur le corps du patient. / The lungs contain a tree through which the air flows. It supplies a porous region, the parenchyma, where gas exchanges with blood take place. Some pathologies affect the tree structure or the parenchyma integrity. They can induce ventilation defects or increased respiratory efforts. In vivo-studies are complex and mathematical modeling can provide some insights on the lung behavior, the pathologies’ impacts or the efficiency of treatments.In the first part of this thesis, we propose a ventilation model of the lung based on a mechanical description. A 0D tree is strongly coupled to a 3D parenchyma model. We show the influence of chosen boundary conditions as well as tree or parenchyma alterations on the ventilation distribution. Results are compared with those provided by a simpler model, often used in the literature.In a second part, we use the tree-parenchyma coupled model to investigate how breathing gas mixtures less dense than air would potentially reduce efforts and ensure a better ventilation. To that end, we build an asthmatic tree model.In the next part, we develop an approach to get insights on severe constrictions distribution based on the analysis of dynamic lung ventilation images. To do so, the coupled ventilation model is used along with a machine learning technique.Finally, two prospective works are presented. First, we propose extensions to the ventilation models introduced in the first part as a step towards spriometry modeling. The last study is part of a global perspective that aims at getting insights on the lung geometry based on simple measurements on the patient’s body.

Les précipitations ont une très grande variabilité sur une large gamme d'échelles tant spatiale que temporelle. Cette variabilité est une source importante d'incertitude pour la mesure, les applications et la modélisation, et au-delà pour la simulation et la prévision. De plus, les précipitations sont des processus extrêmement intermittents et possèdent plusieurs régimes d’invariance d’échelle. Le générateur de champ précipitant développé au cours de la thèse est basé sur la modélisation statistique de l’hétérogénéité et de l’intermittence des précipitations à fine échelle. L’originalité de la modélisation repose en partie sur l’analyse de données observées par un disdromètre à très fine résolution. Cette modélisation qui diffère des modèles existants dont la résolution est plutôt de l’ordre de la minute, voire de l’heure ou du jour, permet d’obtenir des simulations dont les propriétés sont réalistes sur une large gamme d’échelle. Ce simulateur permet de produire des séries chronologiques dont les caractéristiques statistiques sont similaires aux observations aussi bien à l’échelle de simulation (15s) qu’après dégradation (1h et 1 jour). Les propriétés multi-échelles du simulateur sont obtenues grâce à une approche hybride qui repose sur une simulation à fine échelle des évènements de pluie par un générateur multifractal associé à une simulation du support basée sur une hypothèse de type Poissonienne. Une étape de re-normalisation des taux de pluie assure l’adaptation du générateur à la zone climatique considérée.Le simulateur permet la génération de cartes 2D de lames d’eau. La méthodologie développée pour les séries chronologiques est étendue au cas 2D. Le simulateur stochastique multi-échelle 2D ainsi développé reproduit les caractéristiques géostatistiques et topologiques à la résolution de 1x1 km2. Ce générateur est utilisé dans le cadre d’une étude de faisabilité d’un nouveau système d’observation des précipitations en milieu urbain. Le principe de ce système repose sur l’utilisation de mesures opportunistes de l’affaiblissement subit par les ondes radios émises par les satellites géostationnaires TV-SAT dans la bande 10.7-12.7 GHz. De façon plus spécifique on suppose que les terminaux de réception TVSAT installés en ville chez les particuliers sont capables de mesurer de tels affaiblissements. A ce stade de l’étude nous ne disposons pas de telles observations. L’étude s’appuie donc sur des cartes de précipitations issues du générateur 2D et d’un réseau de capteur hypothétique. Le système d’observation envisagé permettra d’estimer les champs de précipitation (30x30 Km2) et avec une résolution spatiale de 0.5x0.5 Km2. / Precipitations are highly variable across a wide range of both spatial and temporal scales. This variability is a major source of uncertainty for the measurement and modeling, also for the simulation and prediction. Moreover, rainfall is an extremely intermittent process with multiple scale invariance regimes. The rain-field generator developed during the thesis is based on the fine-scale statistic modeling of rain by the mean of its heterogeneity and intermittency. The modeling originality partially rest on the analysis of fine-scale disdrometer data. This model differs from other existing models whose resolution is roughly a minute or even an hour or a day. It provides simulations with realistic properties across a wide range ofscales. This simulator produces time series with statistical characteristics almost identical to the observations both at the 15s resolution and, after degradation, at hourly or daily resolutions. The multi-scale properties of our simulator are obtained through a hybrid approach that relies on a fine scale simulation of rain events using a multifractal generator associated with a rain support simulation based on a Poissonian-type hypothesis. A final re-normalization step of the rain rate is added in order to adapt the generator to the relevant climate area. The simulator allows the generation of 2D water-sheets. The methodology developed in the first part is extended to the 2 Dimension case. The multi-scale 2D stochastic simulator thus developed can reproduce geostatistical and topological characteristics at the spatial resolution of 1x1 km2.This generator is used in the scope of the feasability study of a new observation system for urban area. The principle of this system is based on the opportunistic use of attenuation measurements provided by geostationary TV satellites which radio waves lay in the 10.7 to 12.7 GHz bandwidth. More specifically it is assumed that the SAT-TV reception terminals installed in private homes are able to measure such attenuations. At this stage of the study we do not have such observations. The study is therefore based on rainfall maps generated using the 2D generator in addition to a hypothetical sensor network. The considered observation system will allow to estimate precipitation fields (30 x 30 km2) with a spatial resolution of 0.5x0.5 km2.

Sous irradiation, les flux de particules (neutrons, ions, électrons) créent des défauts ponctuels (lacunes et interstitiels) qui génèrent des défauts étendus (boucles de dislocation, cavités) responsables de la fragilisation des matériaux. L'aluminium est un matériau de faible masse et de faible énergie seuil de déplacement (Ed=16-19 eV) ce qui permet de créer les nanodéfauts étendus directement sous irradiation aux électrons dans un microscope électronique à transmission haute résolution (HRMET). Cet instrument permet non seulement de caractériser finement les nanodéfauts mais également d'étudier leur évolution in situ sous irradiation, ceci en fonction de la température, du taux de dommage et d'une pression partielle d'hydrogène. Nous avons constaté un effet important de la pression partielle d'hydrogène sur la cinétique de formation des boucles de dislocation et des cavités. Parallèlement, nous avons mis en place une modélisation multi-échelle des effets de taille finie et de discrétisation du réseau sur la morphologie d'équilibre des cavités à partir de calculs ab initio des énergies de surface et de liaison de petits amas lacunaires et des amas mixtes lacune-hydrogène. La caractérisation expérimentale des morphologies des cavités en fonction de leur taille met en évidence trois formes régulières : une forme de croix bordée par des surfaces {100}, une forme d'octaèdre non tronqué bordée par des surfaces {111} et une forme d'octaèdre tronqué, bordée par les surfaces {111} et {100} ainsi qu'un effet de taille finie entre ces formes prédit par le modèle. De même, la mesure des fluctuations morphologiques d'une cavité au cours de sa croissance ou de sa décroissance en taille révèle le rôle déterminant des nombres magiques fixés par la géométrie et la discrétisation du réseau. A partir du modèle thermodynamique des cavités et d'une caractérisation expérimentale de la densité volumique et de la distribution en taille des nanodéfauts, nous proposons un modèle de germination des cavités sous irradiation. Nous en déduisons une taille du germe critique et un taux de germination des cavités en fonction de la température et du taux de dommage, qui sont comparés aux valeurs expérimentales correspondantes extraites des observations in situ. Enfin, nous discutons de l'effet de l'hydrogène sur la stabilité des amas mixtes lacune-hydrogène et sur la cinétique de germination des cavités. / Under irradiation, flows of particles (neutrons, ions, electrons) induce ponctual defects (vacancies and interstitials) which generate extended defects (dislocation loops, cavities) that are responsible for materials weakening. Aluminum is a low mass material with a low displacement energy (Ed=16-19 eV) which allows the creation of extended defects directly under electron irradiation in a high resolution transmission electron microscope (HRTEM). This instrument allows not only a fine characterization of nanodefects but also to study their evolution in situ under irradiation, depending on temperature, damage rate and a partial pressure of hydrogen. We noticed an important effect of the hydrogen partial pressure on the kinetic of formation of the cavities and dislocation loops. Simultaneously, we developped a multiscale modelisation of finite size effets and structure discretisation on equilibrium shapes of cavities based on binding and surface energies determined by ab initio calculation of small vacancy clusters and mixted hydrogen vacancy clusters. Experimental characterization of cavity shapes according to the cavity radius reveals three regular shapes : a cross shape bounded by {100} surfaces, an octahedral non-truncated shape bounded by {111} surfaces and an octahedral truncated shape, bounded by {100} and {111} surfaces as well as the determination of a finite size effect predicted by the model. Also, measurements of cavity shape dispersion during its growth and decrease showed a dominant effet of magic numbers, fixed by geometry and frustration of the structure. Based on a thermodynamic model and a fine experimental characterization of volumic density, we propose a nucleation model of cavities under irradiation. We deduce from this model a critical cluster size and a rate of cavity nucleation depending of temperature and damage, which are compared to the corresponding experimental values extracted from in situ observations. Finally, we discuss the effect of hydrogen on the stability of vacancy-hydrogen clusters and on the kinteic of cavity nucleation.

Cette thèse porte sur la modélisation et l’analyse de stabilité de certains mécanismes biologiques complexes en rapport avec le cancer. Un intérêt particulier est porté au cas de l’hématopoïèse et de la leucémie aiguë myéloblastique (LAM). Les modèles utilisés et/ou introduits dans cette thèse se décrivent par des équations aux dérivées partielles structurées en âge, qui se réduisent à des systèmes à retards de plusieurs types (retards ponctuels ou distribués, à support fini ou infini). Ces modèles à retards sont parfois couplés à des équations aux différences, et possiblement avec des paramètres variant dans le temps. Un des principaux challenges dans ce travail consiste à développer des méthodes temporelles, qui se basent sur la construction de fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii strictes, pour les systèmes non-linéaires à retards étudiés. Les principales notions abordées dans ces travaux incluent : l’analyse de stabilité/stabilisation et de robustesse, l’emploi de techniques de modélisation des populations cellulaires saines et malades, l’étude de différentes classes de systèmes dynamiques, (possiblement à temps variant ou à commutation), et également l’introduction de quelques outils issus de l’intelligence artificielle (planification et recherche de solution) dans un contexte de modèles biologiques. Ainsi, les méthodes de modélisation et d’analyse employées dans ce travail ont permis d’une part d’étendre les résultats de stabilité de cette classe de systèmes biologiques, et d’autre part de mieux comprendre certains mécanismes biologiques liés au cancer et sa thérapie. Plus précisément, certains concepts récemment établis en biologie et en médecine sont mis en évidence dans ce travail pour la première fois dans cette classe de systèmes, telles que : la dédifférenciation des cellules (plasticité), ou encore la dormance des cellules cancéreuses dans des modèles tenant compte de la cohabitation entre cellules saines et mutées. Les résultats obtenus sont interprétés dans le cas de l’hématopoïèse et de la LAM, mais ce travail s’applique également à d’autres types de tissus où le cycle cellulaire se produit de façon similaire. / Medical research is looking for new combined targeted therapies against cancer. Our research project -which involves intensive collaboration with hematologists from Saint-Antoine Hospital in Paris- is imbued within a similar spirit and fits the expectations of a better understanding of the behavior of blood cell dynamics. In fact, hematopoiesis provides a paradigm for studying all the mammalian stem cells, as well as all the mechanisms involved in the cell cycle. We address multiple issues related to the modeling and analysis of the cell cycle, with particular insights into the hematopoietic systems. Stability features of the models are highlighted, since systems trajectories reflect the most prominent healthy or unhealthy behaviors of the biological process under study. We indeed perform stability analysis of systems describing healthy and unhealthy situations, with a particular interest in the case of acute myeloblastic leukemia (AML). Thus, we pursue the objectives of understanding the interactions between the various parameters and functions involved in the mechanisms of interest. For that purpose, an advanced stability analysis of the cell fate evolution in treated or untreated leukemia is performed in several modeling frameworks, and our study suggests new anti-leukemic combined chemotherapy. Throughout the thesis, we cover many biological evidences that are currently undergoing intensive biological research, such as: cell plasticity, mutations accumulation, cohabitation between ordinary and mutated cells, control or eradication of cancer cells, cancer dormancy, etc.Among the contributions of Part I of the thesis, we can mention the extension of both modeling and analysis aspects in order to take into account a proliferating phase in which most of the cells may divide, or die, while few of them may be arrested during their cycle for unlimited time. We also introduce for the first time cell-plasticity features to the class of systems that we are focusing on.Next, in Part II, stability analyses of some differential-difference cell population models are performed through several time-domain techniques, including tools of Comparative and Positive Systems approaches. Then, a new age-structured model describing the coexistence between cancer and ordinary stem cells is introduced. This model is transformed into a nonlinear time-delay system that describes the dynamics of healthy cells, coupled to a nonlinear differential-difference system governing the dynamics of unhealthy cells. The main features of the coupled system are highlighted and an advanced stability analysis of several coexisting steady states is performed through a Lyapunov-like approach for descriptor-type systems. We pursue an analysis that provides a theoretical treatment framework following different medical orientations, among which: i) the case where therapy aims to eradicate cancer cells while preserving healthy ones, and ii) a less demanding, more realistic, scenario that consists in maintaining healthy and unhealthy cells in a controlled stable dormancy steady-state. Mainly, sufficient conditions for the regional exponential stability, estimate of the decay rate of the solutions, and subsets of the basins of attraction of the steady states of interest are provided. Biological interpretations and therapeutic strategies in light of emerging AML-drugs are discussed according to our findings.Finally, in Part III, an original formulation of what can be interpreted as a stabilization issue of population cell dynamics through artificial intelligence planning tools is provided. In that framework, an optimal solution is discovered via planning and scheduling algorithms. For unhealthy hematopoiesis, we address the treatment issue through multiple drug infusions. In that case, we determine the best therapeutic strategy that restores normal blood count as in an ordinary hematopoietic system.

Le comportement poussant fait référence au phénomène de grande déformation différée et souvent anisotrope observée lors de l'excavation du tunnel en terrain tectonisé. Il est à l'origine de difficultés d'avancement ce qui exige une adaptation de la méthode de creusement et de la conception des soutènements. Le présent travail vise à étudier le comportement des tunnels en terrain poussant en portant une attention particulière à l'anisotropie du massif rocheux par des approches à la fois analytique et numérique. Après un état de l'art sur le creusement des tunnels en terrain poussant, on interprète les données d'auscultation récoltées pendant l'excavation de la descenderie de Saint-Martin-La-Porte dans la cadre du projet Lyon-Turin. Des solutions analytiques pour tunnel creusés en milieu anisotrope sont ensuite développées en prenant en compte la complexité géométrique de la section, l'interaction entre deux tunnels parallèles, l'interaction terrain-soutènement et aussi les grandes déformations. Enfin, un modèle différé anisotrope qui comprend des joints rocheux avec une orientation fixe, imbriqués dans une matrice viscoplastique est proposé et implémenté dans FLAC3D. Les résultats de la simulation numérique réalisée avec ce modèle sont comparés aux mesures de convergence réalisées pendant l'excavation du tunnel. De plus, l'approche numérique a été étendue pour analyser le comportement d'un soutènement déformable en prenant en compte l'effet de l'anisotropie de la masse rocheuse / Squeezing behavior is characterized by large time-dependent and often anisotropic deformation during and well after excavation of tunnel and may lead to tremendous operational difficulties. The present thesis aims to deal with tunneling in squeezing ground with a special emphasis on the anisotropic behavior combining analytical and numerical approach. Following an overview on the squeezing behavior, the attention moves on the interpretation of the data monitored during the excavation of Saint-Martin-La-Porte within the Lyon-Turin railway project. The closed-formed solutions for tunnel excavated in anisotropic ground are then developed considering the complexity of tunnel cross-section, the interaction between two tunnels, the interaction ground/support and also the large strain calculation. Finally, an anisotropic creep model which includes weak planes of specific orientation embedded in a viscoplastic medium is proposed and implemented in FLac3D in order to back analyze the convergence data of Saint-Martin-La-Porte access gallery. The numerical model is also applied to the analysis of the behavior of the yield-control support systems taking account the effect of anisotropy of rock mass