Les eaux souterraines des plaines alluviales agricoles sont particulièrement vulnérables à la contamination en nitrates en raison d’une fertilisation importante, et de la faible profondeur des aquifères. Au sein de ces plaines alluviales, les zones ripariennes, caractérisées par des échanges importants entre les eaux de surface et les eaux souterraines, constituent des environnements propices à l’atténuation des nitrates via le processus de dénitrification. Ce processus naturel dépend de nombreux facteurs et est caractérisé par une forte variabilité spatio-temporelle. La modélisation est une approche intéressante pour étudier la dénitrification au sein des zones ripariennes car elle permet d’intégrer les différents facteurs contrôlant le processus de manière dynamique. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la caractérisation et la quantification du processus de dénitrification et d’identifier ses facteurs de contrôle dans les plaines alluviales à travers une approche de modélisation à l’échelle du tronçon de plaine alluviale. L’analyse d’un jeu de données collectées dans un réseau de 25 piézomètres installés dans un méandre de la Garonne (Monbéqui, 6,6 km²) lors de 12 campagnes mensuelles a permis, dans un premier temps, d’identifier les facteurs contrôlant la dynamique des nitrates et le processus de dénitrification. Les données ont ensuite servi à la mise en place et à la validation de l’application du modèle distribué MOHID Land pour simuler l’hydrologie de la zone d’étude. Puis, un module permettant de simuler la dénitrification et prenant en compte les facteurs identifiés au préalable, a été introduit dans le modèle. L’analyse des données récoltées sur le terrain a montré que la dénitrification dans la zone d’étude est contrôlée par la géomorphologie, l’hydrologie et la présence de carbone organique. L’application du modèle hydrologique distribué MOHID Land a permis de simuler correctement l’hydrologie du site étudié en prenant en compte la géomorphologie de la plaine alluviale, les échanges eaux de surface - eaux souterraines et les épisodes de crues. Un module de dénitrification incluant à la fois le carbone organique dissous apporté par la rivière et le carbone organique particulaire présent dans l’horizon supérieur des sols a été implémenté dans le modèle hydrologique. Les résultats indiquent une dénitrification moyenne de 28 kg-N.ha-1.an-1 sur la période simulée dans la zone riparienne de Monbéqui. La dénitrification est plus importante dans les zones ripariennes de basses altitudes et plus globalement dans la partie aval du méandre, caractérisée par de fortes concentrations en nitrates. Les facteurs contrôlant la dénitrification au sein des plaines alluviales ont été identifiés et sont i) la géomorphologie qui détermine la saturation des horizons supérieurs des sols et la disponibilité du carbone organique ; ii) les écoulements souterrains qui contrôlent la répartition spatiale des nitrates, et iii) l’intensité et la fréquence des épisodes de crues qui entrainent des périodes favorables à la dénitrification. Finalement, les résultats obtenus dans la zone d’étude ont été comparés avec des applications du modèle dans des plaines alluviales possédant des caractéristiques contrastées, validant ainsi l’utilisation du modèle dans les environnements de plaine alluviale variés. Les résultats ont mis en avant l’importance de la connectivité hydrologique entre la rivière et la nappe alluviale ainsi que la distribution spatiale des sources de nitrates et de carbone organique comme facteurs expliquant les différences de capacité de dénitrification entre les sites. Ces travaux ouvrent des perspectives pour évaluer l’impact des modifications induites par le changement global sur le processus de dénitrification ainsi que sur leur modélisation à plus large échelle. / Groundwater systems in cultivated floodplains are vulnerable to nitrate contamination due to extensive fertilisationand the shallow depth of the groundwater. Within the floodplain environment, riparian areas, characterised by significantexchanges between surface water and groundwater, are a favourable site for nitrate removal through denitrification.Denitrification is a natural process influenced by numerous factors and characterised by a high spatio-temporal variability.Modelling is an interesting approach for the study of denitrification within riparian areas because it means that floodplainspatial heterogeneity can be taken into account and many of its control factors integrated.The main objective of this thesis was to enhance knowledge of the denitrification process in floodplains and toidentify its control factors using a modelling approach at the scale of the floodplain reach. First, a dataset collected at amonthly time step over the course of a year within a 25-piezometer network of a meander area (Monbéqui, 6.6 km²) wasanalysed in order to identify factors controlling nitrate and denitrification patterns. The data were then used to set up andvalidate the MOHID Land model to simulate the hydrology in the study area. A module designed to simulate thedenitrification process, taking the main denitrification control factors into account, was then integrated into the MOHID Landmodel.The analysis of the dataset collected from the study area showed that denitrification was controlled bygeomorphology, hydrology and organic carbon presence. The application of the MOHID Land model allowed the hydrologyof the study area to be reproduced correctly, particularly the surface water – groundwater exchanges and the influence offlood events. A denitrification module integrating dissolved organic carbon borne by the river and particulate organic carbonfrom soil was added to the model. The results indicated that denitrification in the modelled riparian area was an average ofaround 28 kg-N.ha-1.yr-1 over the simulated period. High denitrification areas were located within the low elevation riparianarea and, more generally, in the downstream area of the meander where the nitrate concentrations were highest. The factors controlling denitrification that were identified in the study area were i) geomorphology, which controlled topsoil layersaturation and organic carbon availability; ii) groundwater flowpaths, which controlled the variability in nitrateconcentrations over the study area; and iii) flood event frequency and intensity, leading to high denitrification periods.Finally, the results were compared with other applications of the model in contrasting floodplains in order to assess themodel’s performance in various floodplain environment. The results indicated that hydrologic connectivity between the riverand groundwater and the spatial location of sources of nitrates and organic carbon were the major factors behind differencesin the denitrification process between floodplains. This study provides insight for an assessment of the impact ofmodifications that could be brought about by global changes to the denitrification process and for the modelling ofdenitrification at larger scales.

Une galaxie est un système complexe au sens où, autant des phénomènes se produisant à l'échelle du milieu interstellaire, comme des explosions de supernovæ ou l'activité d'un trou noir supermassif, que des interactions entre galaxies au sein de groupes ou d'amas, comme l'effeuillage par effet de marée ou par effet de bélier, influencent et conditionnent l'évolution de la galaxie dans son ensemble. Comme les processus œuvrant dans de tels systèmes font intervenir une gamme d'échelle de temps et de distance considérable, allant de l'étoile individuelle aux amas de galaxies tout entier, leur modélisation constitue un immense défi qui ne peut être relevé ni par une approche purement analytique ni par l'entremise de techniques exclusivement numériques.Cette thèse, à l'interface entre modèles semi-analytique et analyse de simulations numériques, se concentre sur l'étude de l'effeuillage des étoiles des galaxies satellites par effet de marée et sur les rétro-actions induites par les supernovæ.Ce manuscrit présente, d'une part, un modèle d'occupation des halos permettant de contraindre la masse d'étoiles perdue par les galaxies satellites depuis leur entrée dans leur groupe ou leur amas ainsi qu'un modèle d'effeuillage impulsif prédisant la masse stellaire arrachée aux satellites. Ce dernier est confronté, par le truchement du modèle d'occupation des halos, aux observations des fonctions de masses des groupes et des amas.Il expose, d'autre part, l'étude des rétro-actions des supernovæ implémenté dans les simulations numériques du projet NIHAO, conduite en séparant en différentes composantes le gaz des simulations et en comptabilisant les échanges entre ces dernières, laquelle a permis de mettre en évidence trois processus distincts par le biais desquels les supernovæ réduisent ou suppriment la formation stellaire.Enfin, il détaille les améliorations techniques et scientifiques apportées au modèle semi-analytique GalICS. / A galaxy is a complex system since as many phenomena take place at the scale of the interstellar medium, such as supernovae explosions or the activity of supermassive black holes, as interactions between galaxies within groups or clusters, such as tidal or ram pressure stripping, affect and condition the evolution of the galaxy itself as a whole. Because the processes acting in such systems involve a considerable range of times and distances, going from individual stars to entire clusters of galaxies, they modelling constitutes an immense challenge that cannot be met neither by a purely analytical approach nor by solely numerical technics.This thesis, being at the interface between semi-analytical models and the analysis of numerical simulations, focuses on the study of star stripping in satellite galaxies by tidal effects and on the supernovae induced feedback.This manuscript presents, on one hand, an halo occupation model that allows to constrain the stellar mass lost by satellite galaxies since they entered their group or their cluster, and a model of impulsive stripping that predicts the stellar mass ripped out of satellites. The latter is compared, through the halo occupation model, to the observed mass functions of groups and clusters.It exposes, on the other hand, the study of the supernovae feedback implemented in the numerical simulations of the NIHAO project, performed separating the simulated gas into different components and counting the exchanges that take place between them. This allowed for the highlighting of three distinct processes through which supernovae reduce or suppress their star formation.

Introduction : Le tabac constitue la première cause de décès évitable dans le monde. Le Maroc constitue un bon modèle pour l’étude de la mortalité liée au tabagisme dans un pays en transition épidémiologique. Dans ce pays, les différentes études menées sur le tabagisme ont montré que sa prévalence chez les adultes a évolué de 17,2% en 2000 à 18,5% en 2006. Mais, peu de données existent sur les conséquences du tabac sur l’état de santé de la population Marocaine notamment en matière de décès prématurés. L’objectif de ce travail est d’estimer la mortalité globale liée au tabac au Maroc. Méthodes : Nous avons choisi le modèle SAMMEC (Smoking-Attributable Mortality, Morbidity, and Economic Cost) qui est une application conçue par les center of Disease Control (CDC). Le principe de cette méthode se base sur le calcul de la fraction attribuable au tabagisme (FAT) qui est la proportion des décès lié au tabac parmi l’ensemble des décès due à une maladie. Les données nécessaires pour cette modélisation sont : - Les risques relatifs (RR) de décès pour les fumeurs et les ex-fumeurs par rapport aux non- fumeurs. Ces RR ont été recueillis à partir de l’étude «American Cancer Society’s Cancer Prévention Study II (CPS-II)». -La fréquence de la consommation du tabac : les proportions des fumeurs, des anciens fumeurs et des non fumeurs ont été tirées à partir de l’étude MARTA; - Les causes de mortalité : il s’agit de 19 maladies liées au tabac regroupés en trois groupes de pathologies : les maladies cardio-vasculaires, les maladies de l’appareil respiratoire et les cancers. Ces données ont été recueillies à partir des déclarations de décès au niveau des bureaux communaux d’hygiène de la région de Casablanca durant l’année 2012. Elles ont été ensuite extrapolées sur la population Marocaine. Au terme du recueil, nous avons pu utiliser le modèle pour estimer la mortalité liée au tabac chez les personnes âgées de 35 ans et plus par sexe, et tranche d’âge.Résultats : La mortalité attribuable au tabac (MAT) durant l’année 2012 chez la population Marocaine âgée de 35 ans et plus est estimée à 4359 décès ; 3835 chez les hommes et 524 chez les femmes. La MAT représente 11,9% de la mortalité globale chez la tranche d’âge concernée par l’étude (personnes âgées de 35 ans et plus) ; 18,2% cher les hommes et 3,4 % chez les femmes. La MAT représente 66,4 % des décès par cause respiratoire, 53,9% de la mortalité par cancer et 13,7% des décès par maladies cardiovasculaires. La MAT est dominé par les décès par les cancers qui en représentent 48,4%, suivi des maladies cardiovasculaires qui en représentent 31,8% et celles de l’appareil respiratoire par 18,7%. Chez les hommes, les cancers représentent 49,8% de la MAT, les maladies cardiovasculaires en représentent 31,7% et celles de l’appareil respiratoire en représentent 18,5%. Chez les femmes, les cancers en représentent 38,5% suivi des maladies cardiovasculaires (31,8%) et celles de l’appareil respiratoire (29,7%). Discussion : Les chiffres alarmants du coût du tabagisme en termes de mortalité suggèrent l’urgence de sensibiliser davantage les décideurs politiques. Ces derniers seront menés à mettre en place une stratégie de lutte basée sur une politique prévention plus adaptée à cette situation épidémiologique et en mesure d’épargner un énorme fardeau au pays. / Background : To establish the impact of tobacco smoking on mortality is essential to define and monitor public health interventions in developing countries. In Morocco, smoking prevalence has increased from 17.2% to 18.5% between 2000 and 2006. Moreover, no updated estimates are available on smoking attributable mortality (SAM). The aim of this study is to estimate the number of smoking attributable deaths in Morocco. Methods : The Smoking-Attributable Mortality, Morbidity and Economic Costs (SAMMEC) software was used to estimate the smoking attributable mortality for the year 2012. Smoking and ex-smoking prevalence’s of Moroccan’s aged 35 years or older were obtained from the national survey on tobacco “MARTA” data. Mortality data were drawn from the Mortality declaration registries in Casablanca region and extrapolated on Moroccan population. Results : Of total 36548 deaths recorded in Morocco in 2012 among person aged 35 years and older, 4359 were attributed to smoking in the three groups of selected causes; 3835 men’s and 524 women’s. Smoking accounted for 11.9% of all deaths; 18.3 % in men, and 3.4 % in women. Cancer was the most frequent cause, responsible for 50.7% (2112 deaths) of all smoking attributable deaths, followed by cardiovascular diseases (30.7%:1338 deaths) and respiratory diseases (19.6%: 864 deaths). Conclusion : Tobacco use caused one out of five male deaths. Four leading causes (lung cancer, ischemic heart disease, cerebrovascular disease and chronic airways obstruction) accounted for for 64.2% of all SAM; 65.0% among men and 61.6% among women’s. Overall, there is still a 5 high burden of tobacco-related deaths in Germany which leads to considerable costs for the German health system and economy. Effective and comprehensive actions must be taken in order to slow this epidemic in Morocco.

Un cadre statistique bayésien a été créé dans le cadre de cette thèse pour le développement de modèles cliniques basés sur une approche d’apprentissage continu dans laquelle de nouvelles données peuvent être ajoutées. L’objectif des modèles est de prévoir les effets de la radiothérapie à partir de preuves cliniques. Des concepts d’apprentissage machine ont été utilisés pour résoudre le cadre bayésien. Les modèles développés concernent un cancer du cerveau agressif appelé glioblastome. Les données médicales comprennent une base de données d’environ 90 patients souffrant de glioblastome ; la base de données contient des images médicales et des entrées de données telles que l’âge, le sexe, etc. Des modèles de prévision neurologique ont été construits pour illustrer le type de modèles qui sont obtenus avec la méthodologie. Des modèles de récidive du glioblastome, sous la forme de modèles linéaires généralisés (GLM) et de modèles d’arbres de décision, ont été développés pour explorer la possibilité de prédire l’emplacement de la récidive à l’aide de l’imagerie préradiothérapie. Faute d’une prédiction suffisamment forte obtenue par les modèles arborescents, nous avons décidé de développer des outils de représentation visuelle. Ces outils permettent d’observer directement les valeurs d’intensité des images médicales concernant les lieux de récidive et de non-récurrence. Dans l’ensemble, le cadre élaboré pour la modélisation des données cliniques en radiothérapie fournit une base solide pour l’élaboration de modèles plus complexes. / A Bayesian statistics framework was created in this thesis work for developing clinical based models in a continuous learning approach in which new data can be added. The objective of the models is to forecast radiation therapy effects based on clinical evidence. Machine learning concepts were used for solving the Bayesian framework. The models developed concern an aggressive brain cancer called glioblastoma. The medical data comprises a database of about 90 patients suffering glioblastoma; the database contains medical images and data entries such as age, gender, etc. Neurologic grade predictions models were constructed for illustrating the type of models that can be build with the methodology. Glioblastoma recurrence models, in the form of Generalized Linear Models (GLM) and decision tree models, were developed to explore the possibility of predicting the recurrence location using pre-radiation treatment imaging. Following, due to the lack of a sufficiently strong prediction obtained by the tree models, we decided to develop visual representation tools to directly observe the medical image intensity values concerning the recurrence and non-recurrence locations. Overall, the framework developed for modeling of radiation therapy clinical data provides a solid foundation for more complex models to be developed.

Les méthodes formelles informatiques constituent un outil très puissant pour la modélisation des réseaux génétiques et en particulier pour l'étude de leur dynamique. La modélisation discrète de René Thomas permet à la fois de représenter judicieusement les connaissances biologiques et d'utiliser les méthodes formelles. Cependant, ces modèles présentent deux limitations principales : la combinatoire sous-jacente ne permet pas de traiter des réseaux de très grande taille et les aspects chronométriques ne sont pas pris en compte. Cette thèse offre deux contributions respectivement liées à ces questions. La modélisation des réseaux génétiques commence par la sélection des entités les plus pertinentes pour la question abordée. Les réseaux obtenus restent souvent trop grands et nous cherchons donc à les réduire sans altérer les propriétés dynamiques importantes. Ici, nous définissons un cadre entièrement formel inspiré d'une technique d'Aurélien Naldi pour la suppression de variables et de seuils. Ces réductions conservent les comportements asymptotiques et permettent de prouver formellement l'équivalence asymptotique de différents modèles publiés d'un même réseau. Pour prendre en compte les informations chronométriques cruciales dans certains systèmes (e.g. cycle circadien), nous définissons un formalisme hybride fondé sur le formalisme de Thomas où les niveaux d'expression sont discrets, mais le temps continu. Ce cadre permet de construire un modèle abstrait de l'horloge circadienne des mammifères qui explique avec très peu de variables les propriétés de robustesse face à des changements de durées des alternances jour/nuit. / Formal methods from computer science constitute a powerful tool for the modelling of gene networks, including the study of their dynamics. The discrete modelling of René Thomas allows for a proper representation of biological knowledge as well as for use of formal methods. These models have two main limitations: the underlying combinatorics does not allow one to process very large networks, and the chronometric aspects are not taken into account. This thesis offers two contributions according to these issues. The design of gene network models begins with a selectiCalibrion of the most relevant entities. The resulting networks are often too large, and we show how to reduce them without altering the important dynamic properties. Here, we define a completely formal framework, inspired by a technique from Aurélien Naldi, driving the suppression of variables or thresholds. These reductions preserve the asymptotic behaviour. We formally prove the asymptotic equivalence of different published models for the same network. In order to take into account chronometric information that are crucial in some systems (e.g. circadian cycle), we define a hybrid formalism based on the Thomas' formalism where expression levels are discrete but time is continuous. This framework allows for the construction of an abstract model of the circadian clock in mammals. The model explains with very few variables the robustness of the system when submitted to duration changes of the day/night alternation.

Cette thèse est consacrée au développement de méthodes numériques pour la prévision du bruit des jets par la simulation des grandes échelles (LES). L’approche LES suivie s’appuie sur l’utilisation de schémas de discrétisation spatiale implicites d’ordre élevé peu dissipatifs et peu dispersifs en volumes finis. Elle permet de calculer directement les sources acoustiques dans les écoulements turbulents et de propager les ondes sonores avec précision. Deux méthodes numériques sont développées en vue de faciliter la réalisation des simulations. La première méthode est la mise en œuvre d’une modélisation de paroi pour s’affranchir des contraintes liées à la résolution des couches limites qui se développent près des parois. Un modèle de paroi analytique est couplé aux schémas d’ordre élevé de discrétisation spatiale. Une discrétisation spatiale particulière, s’appuyant sur la reconstruction de cellules fictives, est proposée près des parois. Sa performance est évaluée en simulant un écoulement turbulent de canal à un nombre de Mach de 0.2 et un nombre de Reynolds de frottement de 2000, puis un écoulement de jet simple subsonique et isotherme à un nombre de Mach de 0.6 et un nombre de Reynolds basé sur le diamètre du jet de 570 000. Les caractéristiques aérodynamiques et acoustiques des écoulements sont comparées avec succès aux résultats des simulations numériques directes et aux mesures expérimentales de la littérature. La seconde méthode porte sur le développement d’un traitement aux interfaces des maillages non conformes. Ces maillages présentent des discontinuités aux interfaces entre les blocs ce qui permet l’utilisation de maillages plus simples pour les calculs. Le traitement proposé assure la compatibilité entre les schémas de discrétisation spatiale et les maillages non conformes, tout en répondant aux exigences de précision imposées par les simulations aéroacoustiques. Ce traitement s’appuie sur la réalisation d’interpolations de type meshless. Sa validité est examinée en simulant la convection d’un tourbillon et le développement d’une couche de mélange en 2-D. Les résultats obtenus montrent que le traitement proposé ne génère pas d’oscillations parasites d’amplitude significative et ne perturbe pas le développement de l’écoulement au voisinage des raccords de bloc. / This thesis is devoted to the development of numerical methods to predict jet noise using Large-Eddy Simulation (LES). The LES approach used in this work relies on high-order low-dissipation and low-dispersion implicit finite-volume schemes for spatial discretization. It allows the direct calculation of acoustic sources in turbulent flows and the propagation of sound waves with accuracy. Two numerical methods are developed in order to facilitate the LES computations. The first method focuses on using wall modeling in the near-wall regions instead of resolving the boundary layers. An analytical wall model is combined with the high-order schemes for spatial discretization. A specific spatial discretization, based on a ghost cell reconstruction, is proposed near the walls. Its performance is assessed by performing the LES of a turbulent channel flow at a Mach number of 0.2 and a friction Reynolds number of 2,000, and the LES of an isothermal subsonic round jet at a Mach number of 0.6 and a Reynolds number based on the jet diameter of 570,000. The aerodynamic and the acoustic properties of the flows are in agreement with the direct numerical simulation data and the experimental results of the literature. The second method deals with the development of a treatment at the non-conforming grid interfaces. Non-conforming grids involve discontinuous block interfaces, allowing the use of simplified meshes for the computations. The proposed treatment ensures the compatibility between the spatial discretization schemes and non-conforming meshes. Particular attention is paid to meet the accuracy requirements imposed in computational aeroacoustics. This treatment relies on meshless interpolations. Its validity is evaluated by simulating a vortex convection and a mixing layer development in two dimensions. The results show that the treatment does not produce significant spurious numerical waves nor disturb the flow development near the grid interfaces.

L'acquisition de la forme - ou morphogenèse - chez les systèmes vivants, est largement contrôlée par les gènes. Néanmoins, le lien précis entre, d'une part, les processus chimiques locaux associés aux gènes, et, d'autre part, la géométrie des tissus, n'est pas complètement identifié. Ce lien est vraisemblablement très indirect et médié par des processus mécaniques. Ainsi, il est aujourd'hui admis que les processus chimiques intracellulaires régulent les propriétés mécaniques des cellules seulement localement, et que la forme émerge comme la résolution globale de contraintes mécaniques. Ce paradigme, dit biomécanique, est employé dans cette thèse dans le cas de la morphogenèse des plantes, qui repose majoritairement sur la croissance cellulaire. Le contrôle local de cette croissance est crucial pour la stabilité et la robustesse de la morphogenèse, et implique différents mécanismes de régulation. En particulier, selon une hypothèse récente, les cellules pourraient adapter dynamiquement leur croissance en réponse aux forces qu'elles subissent.Cette régulation locale s'intègre à une échelle multicellulaire de manière non intuitive. Dans cette thèse, j'ai exploré i/ une formalisation mathématique de la régulation de la croissance par les contraintes mécaniques et ii/ le comportement macroscopique émergent d'un tel mécanisme. Pour cela, j'ai adopté une approche de modélisation multi-échelle basée sur une formulation mathématique continue de la croissance cellulaire (développée précédemment dans le cadre de la théorie de la morphoélasticité), et sur une description moyenne des processus moléculaires locaux étant supposés impliqués dans la mécano-perception et le contrôle de l'élasticité des cellules. J'ai d'autre part conçu des algorithmes dédiés à l'étude de ce modèle, intégrés dans un environnement logiciel existant, basé sur la méthode des éléments finis. Ce modèle est en particulier utilisé dans l'étude de la stabilité d'organes à fort degré d'asymétrie, tels que les feuilles, en suggérant qu'un contrôle de la croissance basé sur les forces peut permettre l'amplification d'asymétries initiales. / How do living objects acquire their shape? Incontrovertibly, morphogenesisis largely regulated by genes. Yet, the precise link between thechemical processes associated with genes, on the one hand, and geometry,one the other hand, is not completely identified. This link is most probablyindirect, and mediated by mechanical processes. It is now well acceptedthat intracellular molecular processes regulate locally cell mechanicalproperties and that shape emerges as the global resolution of resultingmechanical constraints.This so-called biomechanical paradigm is employed in this thesis in thecontext of plant morphogenesis, that mostly relies on cell growth. Thelocal control of growth is crucial for the stability and robustness ofmorphogenesis, and relies on various regulatory mechanisms. Inparticular, according to a recent hypothesis, cells may dynamicallyadapt their growth behavior in response to the mechanical forces theyexperience.This local regulation integrates at larger, multicellular scale, in anonintuitive way. In this thesis, I investigate i/ the mathematicalformalization of a stress-based control of growth and ii/ themacroscopic emergent behavior of such mechanism. To do so, I have used amultiscale modeling approach, based on a continuum mathematical modelof growth (previously developed within the theory of morphoelasticity),and on a mean description of the molecular processes supposedly involvedin mechanoperception and the control of cell elastic properties. Tostudy this model, I have designed dedicated algorithms, integrated into apreviously developed software environment, based on the finite elementmethod. This model is then used to study the mechanical stability ofhighly asymmetric organs like leaves, suggesting that a force-basedcontrol of growth allows the amplification of shape asymmetry duringdevelopment.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le but de cette étude est d’exploiter les fonctionnalités des nano-Composites Polymères Conducteurs (CPC) imprimés en utilisant la technologie FDM (modélisation par dépôt de monofilament en fusion) pour le développement de textiles fonctionnels et intelligents. L’impression 3D présente un fort potentiel pour la création d’une nouvelle classe de nanocomposites multifonctionnels. Par conséquent, le développement et la caractérisation des polymères et nanocomposites fonctionnels et imprimables en 3D sont nécessaires afin d’utiliser l’impression 3D comme nouveau procédé de dépôt de ces matériaux sur textiles. Cette technique introduira des procédés de fonctionnalisation de textiles plus flexibles, économes en ressources et très rentables, par rapport aux procédés d'impression conventionnels tels que la sérigraphie et le jet d'encre. L’objectif est de développer une méthode de production intégrée et sur mesure pour des textiles intelligents et fonctionnels, afin d’éviter toute utilisation d'eau, d'énergie et de produits chimiques inutiles et de minimiser les déchets dans le but d’améliorer l'empreinte écologique et la productivité. La contribution apportée par cette thèse consiste en la création et la caractérisation de filaments CPC imprimables en 3D, le dépôt de polymères et de nanocomposites sur des tissus et l’étude des performances en termes de fonctionnalité des couches de CPC imprimées en 3D. Dans un premier temps, nous avons créé des filaments de CPC imprimables en 3D, notamment des nanotubes de carbone à parois multiples (MWNT) et du noir de carbone à haute structure (Ketjenblack) (KB), incorporés dans de l'acide polylactique (PLA) à l'aide d'un procédé de mélange à l'état fondu. Les propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des filaments et des couches imprimées en 3D ont été étudiées. Deuxièmement, nous avons déposé les polymères et les nanocomposites sur des tissus à l’aide d’une impression 3D et étudié leur adhérence aux tissus. Enfin, les performances des couches de CPC imprimées en 3D ont été analysées sous tension et force de compression appliquées. La variation de la valeur de la résistance correspondant à la charge appliquée permet d’évaluer l'efficacité des couches imprimées en tant que capteur de pression / force. Les résultats ont montré que les nanocomposites à base de PLA, y compris MWNT et KB, sont imprimables en 3D. Les modifications des propriétés morphologiques, électriques, thermiques et mécaniques des nanocomposites avant et après l’impression 3D nous permettent de mieux comprendre l’optimisation du procédé. De plus, différentes variables du procédé d’impression 3D ont un effet significatif sur la force d'adhérence des polymères et des nanocomposites déposés sur les tissus. Nous avons également développé des modèles statistiques fiables associés à ces résultats valables uniquement pour le polymère et le tissu de l’étude. Enfin, les résultats démontrent que les mélanges PLA/MWNT et PLA/KB sont de bonnes matières premières piézorésistives pour l’impression 3D. Elles peuvent être potentiellement utilisées dans l’électronique portable, la robotique molle et la fabrication de prothèses, où une conception complexe, multidirectionnelle et personnalisable est nécessaire. / The aim of this study is to get the benefit of functionalities of fused deposition modeling (FDM) 3D printed conductive polymer nanocomposites (CPC) for the development of functional and smart textiles. 3D printing holds strong potential for the formation of a new class of multifunctional nanocomposites. Therefore, development and characterization of 3D printable functional polymers and nanocomposites are needed to apply 3D printing as a novel process for the deposition of functional materials on fabrics. This method will introduce more flexible, resource-efficient and cost-effective textile functionalization processes than conventional printing process like screen and inkjet printing. The goal is to develop an integrated or tailored production process for smart and functional textiles which avoid unnecessary use of water, energy, chemicals and minimize the waste to improve ecological footprint and productivity. The contribution of this thesis is the creation and characterization of 3D printable CPC filaments, deposition of polymers and nanocomposites on fabrics, and investigation of the performance of the 3D printed CPC layers in terms of functionality. Firstly, the 3D printable CPC filaments were created including multi-walled carbon nanotubes (MWNT) and high-structured carbon black (Ketjenblack) (KB) incorporated into a biobased polymer, polylactic acid (PLA), using a melt mixing process. The morphological, electrical, thermal and mechanical properties of the 3D printer filaments and 3D printed layers were investigated. Secondly, the performance of the 3D printed CPC layers was analyzed under applied tension and compression force. The response for the corresponding resistance change versus applied load was characterized to investigate the performance of the printed layers in terms of functionality. Lastly, the polymers and nanocomposites were deposited on fabrics using 3D printing and the adhesion of the deposited layers onto the fabrics were investigated. The results showed that PLA-based nanocomposites including MWNT and KB are 3D printable. The changes in morphological, electrical, thermal, and mechanical properties of nanocomposites before and after 3D printing give us a great understanding of the process optimization. Moreover, the results demonstrate PLA/MWNT and PLA/KB as a good piezoresistive feedstock for 3D printing with potential applications in wearable electronics, soft robotics, and prosthetics, where complex design, multi-directionality, and customizability are demanded. Finally, different variables of the 3D printing process showed a significant effect on adhesion force of deposited polymers and nanocomposites onto fabrics which has been presented by the best-fitted model for the specific polymer and fabric.

Ce travail vise à la mise en œuvre d'une plateforme de simulation basée sur SystemC-AMS. Elle permet de traiter un système complexe et hétérogène. Nous validons cette approche sur une application de réseau de capteurs (communication entre véhicule). Pour ce faire un niveau d'abstraction élevé a été adopté et une modélisation en bande de base des blocs RF a été développée. Non seulement les aspects relatifs à l'émetteur/récepteur ont été traités, mais également le canal radio.Si les actuels flots de conceptions permettent d'estimer la consommation des blocs numériques d'un SoC, une méthodologie d'estimation de la consommation des blocs analogiques et RF n'est toujours pas disponible. Nous proposons une méthodologie descendante basée sur le facteur de mérite et les paramètres systèmes pour estimer la consommation instantané de ces blocs. Ainsi des estimations de la consommation globale des nœuds et du réseau sont fournies par la plateforme.Nous avons fourni une bibliothèque implémentée en SystemC-AMS pour différents blocs d'un réseau de capteurs (nœud et canal radio). Les résultats montrent la faisabilité d'une simulation complexe mixte analogique, numérique et RF. Par ailleurs, ils montrent le gain considérable apporté par la simulation au niveau système en SystemC-AMS de modèles comportementaux d'un réseau de capteurs. La plateforme développée dans ce travail ouvre diverses perspectives sur de nombreux et importants aspects de la simulation système des réseaux de capteurs. Parmi ces aspects, le choix et l'optimisation des algorithmes de routage, les protocoles MAC, les algorithmes de traitement du signal sous une contrainte de consommation d'énergie. / This work aims at implementing a simulation platform based on SystemC-AMS. It can handle a complex and heterogeneous system on chip (SoC). An application of wireless sensor network (WSN): inter-vehicle communication is used to validate this approach. To realize this application, a high level of abstraction was adopted and a baseband modeling of RF blocks has been developed. Besides, not only aspects related to the RF transceiver, but also the radio channel were studied.The current design flows enable the estimation of power consumption of digital blocks, however a high-level methodology for power consumption estimation of analog and RF blocks is still not available. We propose a Top-Down methodology based on the figure of merit (FoM) and system parameters to estimate the instantaneous power consumption of these blocks. Thus, estimates of overall consumption of nodes and the WSN are provided by the platform.We delivered a library implemented in SystemC-AMS for different blocks of a WSN such as node and radio channel. The results show the feasibility to simulate complex, RF and analog mixed SoC. In addition, they show the significant gain in terms of simulation time provided by the system-level simulation using SystemC-AMS and behavioural models of WSN.The platform developed in this work opens a variety of perspectives on many important aspects of system-level simulation of WSN. These aspects include the choice and optimization of routing algorithms, MAC protocols, signal processing algorithms, as a function of power consumption which is the main constraint of WSN.