Le travail de cette thèse est consacré à l’étude et l’optimisation d’un cas particulier de la diffusion des ondes électromagnétiques. Elle porte plus particulièrement sur un phénomène appelé le « jet photonique ou jet électromagnétique (jet EM)». Il s’agit d’un faisceau de lumière étroit et concentré en champ proche avec des caractéristiques physiques remarquables. Dans ce travail, un guide d’onde terminé par un embout de forme particulière est utilisé pour générer le jet photonique. Cette thèse a pour objectif l’étude, la caractérisation expérimentale et l’optimisation de jets photoniques pour des applications dans le domaine optique et hyperfréquences. Une méthode robuste et rapide a été développée pour calculer le champ électromagnétique généré par un objet diélectrique ou en sortie d’un guide d'onde avec un embout de forme particulière. Elle est basée sur la Méthode d'Equation Intégrale aux Frontière (MEIF) qui utilise la seconde identité Green. La caractérisation expérimentale des jets photoniques a été réalisée dans le domaine micro-ondes à des fréquences autour de 30 GHz. La possibilité de générer un jet simple et double en utilisant un guide d’onde à embout a été montrée expérimentalement et théoriquement par la méthode MEIF. Les jets EM simples et doubles ont été utilisés pour la détection d’objets métalliques de taille plus petite que la longueur d’onde et l'imagerie en champ proche à travers des structures optiquement opaques. Une procédure d’optimisation basée sur le couplage entre la MEIF et les algorithmes génétiques a été mise au point afin de générer des jets photoniques avec des caractéristiques a priori bien définie. Des optimisations des jets photoniques générés par un objet diélectrique et en sortie d’un guide d’onde avec embout ont été effectuées pour la micro-gravure laser et l’imagerie HF / The work of this thesis is devoted to the study and optimization of a particular case of the scattering of electromagnetic waves. Particularly, it is about a phenomenon called the "photonic jet or electromagnetic jet (EM jet)". This is a narrow light beam concentrated in near-field with remarkable physical characteristics. In this work, a waveguide terminated by a tip with special form is used to generate the photonic jet. This thesis performs the electromagnetic modeling, the experimental characterization and the optimization of photonic jets for applications in optic and microwave field. A robust and fast method was developed to calculate the electromagnetic field generated by a dielectric object or by a waveguide terminated with a tip. It is based on the boundary integral equation method (BIEM) which uses the second Green identity. Experimental characterization of photonic jets was conducted in the microwave field around 30 GHz. The ability to generate a single and double EM jet using a tipped waveguide has been shown experimentally and theoretically by BEIM method. The single and double EM jets were used for the detection of metal objects with a size smaller than the wavelength and for imaging through opaque structures in near field. An optimization procedure based on the coupling between the BEIM and genetic algorithms has been developed to generate photonic jets with properties well defined. Optimizations of photonic jets generated by a dielectric object and by a tipped waveguide have been realized for laser micro-etching and RF imaging

Les grands incendies de forêts sont responsables de la quasi-totalité de la surface brulée et contribuent, par les émissions de particules et de gaz à effet de serre qu’ils génèrent, au réchauffement climatique. Des observations satellitaires ont mis en évidence un comportement fractal que l’on attribue aux hétérogénéités locales (topographie, végétation, conditions météorologiques) rencontrées par ces feux lors de leur propagation. Le présent travail a été consacré au développement et à la validation d’un modèle hybride de propagation d’incendie, capable de reproduire ce comportement. Ce modèle est une extension du modèle original de réseau de « petit monde » où les phénomènes qui se produisent à l’échelle macroscopique, comme le rayonnement du front de flammes et l’inflammation pilotée de la strate végétale sont traités de façon déterministe. Pour décrire le rayonnement, nous avons utilisé un modèle de flamme solide couplé à une méthode de Monte Carlo. La validation a porté sur des configurations simples, mais aussi plus complexes, comme le rayonnement d’un front hétérogène de flammes ou celui d’une flamme d’éthanol. Un modèle d’inflammation a ensuite été élaboré et appliqué à des litières d’aiguilles de pin. Les paramètres du modèle ont été optimisés par un algorithme génétique, conduisant au meilleur accord avec les résultats expérimentaux, en termes de temps d‘inflammation et de perte de masses. Il a été montré que l’oxydation du résidu charbonneux joue un rôle prépondérant sur l’inflammation à bas flux. Le modèle de propagation de petit monde a été validé sur un brûlage dirigé et sur un feu historique, montrant un bon accord en termes de surface brûlée, de vitesse de propagation, de contours de feu, et de propriétés fractales. On a montré qu’il pouvait être utilisé pour le dimensionnement d’ouvrages de défense, comme les coupures de combustible, ou pour expliquer le comportement atypique du feu dans certaines situations (talweg, ruptures de pente, etc.). Son application a également permis d’optimiser le nombre et l’emplacement d’un réseau de capteurs déployés dans la végétation dans le but de localiser précisément et détecter précocement le départ d’un feu. / Most of the area burned by forest fires is attributable to the few fires that escape initial attack to become large. As a consequence large-scale fires produce a large amount of green-house gases and particles which contribute to the global warming. Heterogeneous conditions of weather, fuel, and topography are generally encountered during the propagation of large fires. This shapes irregular contours and fractal post-fire patterns, as revealed by satellite maps. Among existing wildfire spread models, stochastic models seem to be good candidates for studying the erratic behavior of large fires, due to the above-mentioned heterogeneous conditions. The model we developed is a variant of the so-called small-world network model. Flame radiation and fuel piloted ignition are taken into account in a deterministic way at the macroscopic scale. The radiative interaction domain of a burning cell is determined from Monte Carlo simulation using the solid flame model. Some cases are studied, ranging from relatively simple to more complex geometries like an irregular flame fronts or an ethanol pool fire. Then, a numerical model is developed to investigate the piloted ignition of litters composed of maritime pine needles. A genetic algorithm is used to locate a set of model parameters that provide optimal agreement between the model predictions and the experimental data in terms of ignition time and mass loss. The model results had shown the importance of char surface oxidation for heat fluxes close to the critical flux for ignition. Finally, the small-world network model was used to simulate fire patterns in heterogeneous landscapes. Model validation was achieved to an acceptable degree in terms of contours, burned area and fractal properties, through comparison of results with data from a small controlled bushfire experiment and a historical Mediterranean fire. Therefore, it has been proven to be a powerful tool in the sizing of fortifications as fuel break areas at the wildland urban interface or in the understanding of atypical behavior in particular configurations (talweg, slope breaking, etc.). It has also been used for the optimization of an in-situ sensor network whose purpose is to detect precociously and to locate precisely small fires, preventing them from spreading and burning out of control. Our objective was to determine the minimum number and placement of sensors deployed in the forest.

L'objectif de cette étude est de développer une méthodologie permettant de déterminer et de mettre en \oe{}uvre les conditions opératoires optimales du procédé fed-batch de copolymérisation en émulsion du styrène et de l'acrylate de butyle en présence d'un agent de transfert de chaîne (CTA). Elle vise particulièrement à optimiser la production et les caractéristiques physico-chimiques de particules de latex à propriétés d'usage ciblées. Après une étude expérimentale de l'impact des différents facteurs, le modèle mathématique du procédé a été développé traduisant l'effet particulier de l'agent de transfert de chaîne sur la cinétique de polymérisation et mettant l'accent sur une les bilans de population. Une approche basée sur l'analyse de l'estimabilité des paramètres a ensuite permis de sélectionner 21 paramètres parmi les 49 paramètres du modèle mathématique dont les valeurs ont été identifiées grâce à un algorithme génétique. Le modèle mathématique validé en modes batch et fed-batch a ensuite été exploité pour l'optimisation multicritère du procédé orientée vers la maximisation de la production de particules de latex possédant une morphologie de type coeur-écorce avec un profil de température de transition vitreuse prédéfini. L'ensemble des solutions du front de Pareto a été obtenu grâce à un algorithme évolutionnaire développé et testé à cet effet. La meilleure alternative obtenue grâce à un outil d'aide à la décision a été implémentée expérimentalement et comparée avec succès aux prédictions du modèle mathématique / The objective of this study is to develop a methodology in order to determine and implement the optimal operating conditions of the emulsion fed-batch copolymerization process of styrene and butyl acrylate in the presence of a chain transfer agent. It particularly aims to optimize the production and the physico-chemical characteristics of latex particles with targeted end-use properties. After an experimental study, the process model has been developed taking into account the particular effect of the chain transfer agent on the polymerization kinetic and highlights the population balance. Thanks to an estimability analysis approach, 21 parameters among the 49 parameters of the model have been selected whose values have been identified by using a genetic algorithm. The mathematical model validated in both batch and fed-batch modes was then exploited for the multicriteria optimization of the process oriented towards the maximization of the production of latex particles having a core-shell type morphology with a given glass transition temperature profile. The Pareto's front solutions were obtained thanks to an evolutionary algorithm developed and tested for this purpose. The best alternative obtained by a decision-making aid tool was finally experimentally implemented and successfully compared with the predictions of the mathematical model

Cette thèse est consacrée à l’optimisation des sources de lumière synchrotron. La dynamique de faisceau non linéaire de l'anneau de stockage du synchrotron SOLEIL est optimisée à l’aide d’algorithmes génétiques multiobjectifs (MOGA-ELEGANT). Le code ELEGANT est d’abord comparé avec le code étalon de SOLEIL, TRACY3. Le code MOGA est ensuite utilisé pour obtenir les meilleures configurations possible en termes d’ouvertures dynamiques et d’acceptances en énergie, qui sont fortement en rapport avec la durée de vie Touschek et l'efficacité d'injection respecti-vement. Après 1 mois de calcul sur le cluster de calcul de haute performance de SOLEIL en utilisant 200 CPU, un ensemble de solutions est trouvé. Elles sont testées expérimentalement dans la salle de contrôle du SOLEIL. L'amélioration de la durée de vie Touschek obtenue est confirmée par les mesures : la durée de vie du faisceau de l'anneau de stockage de SOLEIL est accrue de 50 à 60%. La deuxième partie de ce travail de thèse présente une étude expérimentale de la durée de vie du faisceau de l'anneau de stockage de SOLEIL. En particulier les contributions de la durée de vie Touschek et la durée de vie de gaz sont étudiées. La durée de vie du faisceau est mesurée en fonction de paramètres importants tels que le couplage, racleurs horizontaux et verticaux, et le courant. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les durées de vie Touschek calculées par la formule Piwinski mise en œuvre dans le code TRACY3 et la durée de vie du gaz calculée analytiquement. Cette étude permet de montrer que la composition du gaz résiduel et la pression locale varient de manière importante le long de toute la machine: l’effet des ondulateurs sous-vide est dominant. Des nombres atomiques effectifs sont obtenus. La forme des courbes expérimentales est proche des courbes simulées et est compatible avec un nombre atomique effectif proche de 7. / This thesis is dedicated to the optimization of the nonlinear beam dynamics of synchrotron radiation light sources using Multi-objective Genetic Algorithms (MOGA-ELEGANT). In the first part the ELEGANT code is benchmarked against TRACY3; then MOGA is tuned and used to find the best settings of quadrupole and sextupole magnets in order to maximize the dynamic and momentum apertures, strongly related with the Touschek lifetime and the injection efficiency respectively. Solutions obtained after one month of computation in the high level computational cluster of SOLEIL using 200 CPUs are analyzed. The improvement of the Touschek lifetime obtained with MOGA is confirmed by the beam-based experiments. The beam lifetime of the SOLEIL storage ring is increased 50-60 % .The second part this PhD work is devoted to study experimentally the beam lifetime of the SOLEIL storage ring to improve the understanding of the beam lifetime and its contributions: the Touschek and gas lifetimes. The beam lifetime is measured in function of important parameters as coupling, horizontal and vertical scrapers, and bunch current. The experimental results are compared with the simulated ones. The Piwinski formula is implemented in the tracking code TRACY3 to replace Bruck approximation. The gas lifetimes were computed using analytical models. This study allows understanding that the composition of the residual gas and the local pressure along all the machine vary significantly between the arcs and the in-vacuum insertion devices: new effective atomic number are obtained. This type of measurement remains difficult to analyze without a large error margin; in-vacuum insertions have a dominant contribution. The shape of the experimental curves is closed to the expected ones and compatible with an effective atomic number of about 7.

L’objectif de ce travail est de mettre au point une nouvelle approche automatique pour identifier les réseaux de gènes concourant à une même fonction biologique. Ceci permet une meilleure compréhension des phénomènes biologiques et notamment des processus impliqués dans les maladies telles que les cancers. Différentes stratégies ont été développées pour essayer de regrouper les gènes d’un organisme selon leurs relations fonctionnelles : génétique classique et génétique moléculaire. Ici, nous utilisons une propriété connue des réseaux de gènes fonctionnellement liés à savoir que ces gènes sont généralement co-régulés et donc co-exprimés. Cette co-régulation peut être mise en évidence par des méta-analyses de données de puces à ADN (micro-arrays) telles que Gemma ou COXPRESdb. Dans un travail précédent [Al Adhami et al., 2015], la topologie d’un réseau de co-expression de gènes a été caractérisé en utilisant deux paramètres de description des réseaux qui discriminent des groupes de gènes sélectionnés aléatoirement (modules aléatoires, RM) de groupes de gènes avec des liens fonctionnels connus (modules fonctionnels, FM), c’est-à-dire des gènes appartenant au même processus biologique GO. Dans le présent travail, nous avons cherché à généraliser cette approche et à proposer une méthode, appelée TopoFunc, pour améliorer l’annotation existante de la fonction génique. Nous avons d’abord testé différents descripteurs topologiques du réseau de co-expression pour sélectionner ceux qui identifient le mieux des modules fonctionnels. Puis, nous avons constitué une base de données rassemblant des modules fonctionnels et aléatoires, pour lesquels, sur la base des descripteurs sélectionnés, nous avons construit un modèle de discrimination LDA [Friedman et al., 2001] permettant, pour un sous-ensemble de gènes donné, de prédire son type (fonctionnel ou non). Basée sur la méthode de similarité de gènes travaillée par Wang et ses collègues [Wang et al., 2007], nous avons calculé un score de similarité fonctionnelle entre les gènes d’un module. Nous avons combiné ce score avec celui du modèle LDA dans une fonction de fitness implémenté dans un algorithme génétique (GA). À partir du processus biologique d’ontologie de gènes donné (GO-BP), AG visait à éliminer les gènes faiblement co-exprimés avec la plus grande clique de GO-BP et à ajouter des gènes «améliorant» la topologie et la fonctionnalité du module. Nous avons testé TopoFunc sur 193 GO-BP murins comprenant 50-100 gènes et avons montré que TopoFunc avait agrégé un certain nombre de nouveaux gènes avec le GO-BP initial tout en améliorant la topologie des modules et la similarité fonctionnelle. Ces études peuvent être menées sur plusieurs espèces (homme, souris, rat, et possiblement poulet et poisson zèbre) afin d’identifier des modules fonctionnels conservés au cours de l’évolution. / The aim of this work is to develop a new automatic approach to identify networks of genes involved in the same biological function. This allows a better understanding of the biological phenomena and in particular of the processes involved in diseases such as cancers. Various strategies have been developed to try to cluster genes of an organism according to their functional relationships : classical genetics and molecular genetics. Here we use a well-known property of functionally related genes mainly that these genes are generally co-regulated and therefore co-expressed. This co-regulation can be detected by microarray meta-analyzes databases such as Gemma or COXPRESdb. In a previous work [Al Adhami et al., 2015], the topology of a gene coexpression network was characterized using two description parameters of networks that discriminate randomly selected groups of genes (random modules, RM) from groups of genes with known functional relationship (functional modules, FM), e.g. genes that belong to the same GO Biological Process. We first tested different topological descriptors of the co-expression network to select those that best identify functional modules. Then, we built a database of functional and random modules for which, based on the selected descriptors, we constructed a discrimination model (LDA)[Friedman et al., 2001] allowing, for a given subset of genes, predict its type (functional or not). Based on the similarity method of genes worked by Wang and co-workers [Wang et al., 2007], we calculated a functional similarity score between the genes of a module. We combined this score with that of the LDA model in a fitness function implemented in a genetic algorithm (GA). Starting from a given Gene Ontology Biological Process (GO-BP), AG aimed to eliminate genes that were weakly coexpressed with the largest clique of the GO-BP and to add genes that "improved" the topology and functionality of the module. We tested TopoFunc on the 193 murine GO-BPs comprising 50-100 genes and showed that TopoFunc aggregated a number of novel genes to the initial GO-BP while improving module topology and functional similarity. These studies can be conducted on several species (humans, mice, rats, and possibly chicken and zebrafish) to identify functional modules preserved during evolution.

Ces dernières années, un nouveau type de système de production nommé système de production géographiquement dispersé (GDPS) est prôné par de nombreuses entreprises manufacturières internationales. Par cette vision « dispersée », il présente un certain nombre d'avantages tels que l'économie des coûts du produit livré (puisque proche des clients), l'amélioration de la qualité des services (délais de livraison courts, services après-vente de haute qualité) favorisant la pérennité et la compétitivité des entreprises dans un contexte de compétition mondiale. Cependant l’exploitation multi-sites d’un GPDS est confronté à de nombreux défis concernant les normes, les réglementations, la maîtrise des flux de production, et en particulier la planification et l'optimisation de la maintenance en raison de la dispersion géographique des sites de production. Sur ce dernier point et plus globalement la définition d’une stratégie de maintenance adaptée au GDPS, peu d'études ont été menées compte tenu de la jeunesse du sujet et de la complexité des GDPSs (ex. multi-sites, multi-composants). Cette thèse se positionne donc sur ce sujet émergeant avec comme objectif de développer une stratégie de maintenance de regroupement dynamique pour un GDPS en tenant compte de dépendances à la fois aux niveaux composants et sites de production (dépendances économique et géographique) et des impacts des contextes dynamiques (à savoir, taux de détérioration variable des composants, modification des itinéraires de maintenance, possibilités de maintenance, etc.) auxquels il est soumis. Dans cette stratégie, les itinéraires de maintenance et l'ordonnancement sont considérés conjointement dans un modèle global. Le modèle vise à trouver un plan optimal de maintenance et de routage des ressources de maintenance. A cette fin, une structure de coûts et un modèle de dépendance qui prend en compte conjointement la dépendance économique et géographique sont formulés. Ils servent de base à l'élaboration du modèle global de planification et d'ordonnancement de la maintenance et du routage. De plus, pour la recherche de la solution optimale, des algorithmes d’optimisation basés sur l'algorithme génétique et l'algorithme Branch and Bound sont proposés. Enfin, une étude numérique est investiguée pour évaluer la performance, les avantages et aussi les limites de la stratégie proposée. / In the recent years, the Geographically Dispersed Production System (GDPS) with a number of advantages such as saving the product delivered costs (closed to the clients), improving quality of services (short delivery time, high quality after-sales services) has been extensively developed by many manufacturing companies to ensure their competitiveness. In operation, the GPDS faces many challenges concerning standards, regulation, production management, and especially maintenance planning and optimization due to the geographical dispersion of production sites. However, few studies have been developed for maintenance strategies of GDPSs. To face this challenge, the main objective of this thesis is to develop a dynamic grouping maintenance strategy for a GDPS with consideration of dependencies between at both component and site level (economic, geographical dependencies) and impacts of dynamic contexts (i.e. varying deterioration rate of components, change of maintenance routes, maintenance opportunities, etc.). In this strategy, maintenance routing and scheduling are jointly considered in a global model. The model aims at finding an optimal maintenance and routing plan. For this purpose, a cost structure and a dependence model jointly considering economic and geographical dependence are formulated. They are used as a basis for the development of the global model of maintenance routing and scheduling. In addition, to find a joint optimal maintenance and routing plan, advanced algorithms using jointly Genetic Algorithm and Branch and Bound are proposed. Finally, a numerical study is investigated to evaluate the performance and the advantage as well as limits of the proposed maintenance strategy.

Le paradigme de l'Internet des choses établit l'interaction et la communication avec une énorme quantité d'acteurs. Le concept combine un grand nombre de technologies et de protocoles et des adaptations des éléments préexistants pour offrir de nouveaux services et applications. Une des technologies clés de l'Internet des objets est l'identification par radiofréquence abrégée en anglais RFID («Radio Frequency Identification»). Elle propose un ensemble de solutions qui permettent le suivi et la traçabilité des personnes, des animaux et pratiquement n'importe quel objet en utilisant des liaisons sans fil. En considérant le concept de l'Internet des choses, plusieurs technologies doivent être liées afin de fournir des interactions qui conduisent à la mise en œuvre de services et d'applications. Le défi est que ces technologies ne sont pas nécessairement compatibles et conçues pour fonctionner ensemble. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de concevoir un « framework » hétérogène qui permettra l'interaction de divers dispositifs tels que la RFID, des capteurs et des actionneurs afin de fournir de nouvelles applications et de services. À cet effet, notre première contribution est la conception et l'analyse d'une architecture d'intégration pour les dispositifs hétérogènes. Dans la seconde contribution, nous proposons un modèle d'évaluation de la topologie RFID et un outil d'optimisation pour la planification de réseaux de cette technologie. Enfin, nous avons implémenté une version simplifiée du framework en utilisant du matériel embarqué et indicateurs de performance sont fournis ainsi que la configuration détaillée de la plateforme de test / The Internet of Things paradigm establishes interaction and communication with a huge amount of actors. The concept is not a new-from-scratch one; actually, it combines a vast number of technologies and protocols and surely adaptations of pre-existing elements to offer new services and applications. One of the key technologies of the Internet of Things is the Radio Frequency Identification just abbreviated RFID. This technology proposes a set of solutions that allow tracking and tracing persons, animals and practically any item wirelessly. Considering the Internet of Things concept, multiple technologies need to be linked in order to provide interactions that lead to the implementation of services and applications. The challenge is that these technologies are not necessarily compatible and designed to work with other technologies. Within this context, the main objective of this thesis is to design a heterogeneous framework that will permit the interaction of diverse devices such as RFID, sensors and actuators in order to provide new applications and services. For this purpose in this work, our first contribution is the design and analysis of an integration architecture for heterogeneous devices. In the second contribution, we propose an evaluation model for RFID topologies and an optimization tool that assists in the RFID network planning process. Finally, in our last contribution, we implemented a simplified version of the framework by using embedded hardware and performance metrics are provided as well as the detailed configuration of the test platform

Parmi les études novatrices que l'on peut aborder depuis l'orbite martienne en utilisant les données multiangulaires de l'instrument HRSC (canaux nadir, stéréographique et photométrique) de Mars Express, figure la détermination des caractéristiques physiques de la surface, pour cartographier les variations des propriétés physiques des sols et des roches de Mars et les relier aux observations spectroscopiques et thermiques réalisées par les instruments OMEGA, TES et THEMIS. <br /> Les modèles de Minnaert et de fonction de phase à deux termes de Hapke s'accordent pour démontrer que les observations multiangulaires de HRSC acquises au cours de la mission sur le cratère Gusev et le flanc sud de Apollinaris peuvent, sous certaines limites, être assemblées pour produire une fonction de phase couvrant un grand intervalle d'angles de phase (5-95°) avec une résolution spatiale de l'ordre de 400 mètres à 1.6 kilomètres.<br /><br />Combiné à la rugosité de surface, l'effet d'opposition joue un rôle significatif, <br />suggérant que les propriétés optiques de l'état de surface au niveau de Gusev sont fortement influencées par la porosité, l'état de compaction et l'organisation de la couche superficielle du régolite. L'aspect cartographique de la présente étude photométrique est utile pour donner une meilleure signification aux variations observées. Selon les tendances générales de cette analyse, il est très probable que la variation photométrique observée, au moins pour les régions centre et Ouest du cratère Gusev, soit partiellement due aux régimes des vents dominants, ces derniers ayant une orientation Nord - Nord Ouest / Sud - Sud Est et induisant une perturbation de la couche supérieure de la surface. Les résultats de cette étude photométrique sont en accord avec des études indépendantes basées sur les données orbitales d'inertie thermique et de spectroscopie de réflectance, et également des données photométriques et d'imagerie microscopique réalisées in situ par les instrument du rover Spirit. Cela conforte l'idée de l'existence en surface d'une couche composée de poussière à grains fins qui aurait été enlevée au niveau des unités de faible albédo révélant ainsi un substrat basaltique sombre formé de matériaux à grains plus grossiers. <br /><br />Ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités pour documenter les processus de surface sur les planètes.

Les analyses effectuées dans le cadre de ce mémoire ont été réalisées à l'aide du module MatchIt disponible sous l’environnent d'analyse statistique R. / Statistical analyzes of this thesis were performed using the MatchIt package available in the statistical analysis environment R. / L’estimation sans biais de l’effet causal d’une intervention nécessite la comparaison de deux groupes homogènes. Il est rare qu’une étude observationnelle dispose de groupes comparables et même une étude expérimentale peut se retrouver avec des groupes non comparables. Les chercheurs ont alors recours à des techniques de correction afin de rendre les deux groupes aussi semblables que possible. Le problème consiste alors à choisir la méthode de correction appropriée. En ce qui nous concerne, nous limiterons nos recherches à une famille de méthodes dites d’appariement. Il est reconnu que ce qui importe lors d’un appariement est l’équilibre des deux groupes sur les caractéristiques retenues. Autrement dit, il faut que les variables soient distribuées de façon similaire dans les deux groupes. Avant même de considérer la distribution des variables entre les deux groupes, il est nécessaire de savoir si les données en question permettent une inférence causale. Afin de présenter le problème de façon rigoureuse, le modèle causal contrefactuel sera exposé. Par la suite, les propriétés formelles de trois méthodes d’appariement seront présentées. Ces méthodes sont l’appariement par la distance de Mahalanobis, de l’appariement par le score de propension et de l’appariement génétique. Le choix de la technique d’appariement appropriée reposera sur quatre critères empiriques dont le plus important est la différence des moyennes standardisées. Les résultats obtenus à l’aide des données de l’Enquête longitudinale et expérimentale de Montréal (ÉLEM) indiquent que des trois techniques d’appariement, l’appariement génétique est celui qui équilibre mieux les variables entre les groupes sur tous les critères retenus. L’estimation de l’effet de l’intervention varie sensiblement d’une technique à l’autre, bien que dans tous les cas cet effet est non significatif. Ainsi, le choix d’une technique d’appariement influence l’estimation de l’effet d’une intervention. Il est donc impérieux de choisir la technique qui permet d’obtenir un équilibre optimal des variables selon les données à la disposition du chercheur. / The unbiased estimate of the causal effect of an intervention requires the comparison of two homogeneous groups. It is rare that an observational study has comparable groups and even an experiment may end up with non-comparable groups. The researchers then used correction techniques to make the two groups as similar as possible. The problem then is to choose the appropriate correction method. In our case, we will restrict our research to a family of so-called matching methods. It is recognized that what matters in a match is the balance between the two groups on selected characteristics. In other words, it is necessary that the variables are distributed similarly in both groups. Even before considering the distribution of variables between the two groups, it is necessary to know whether the data in question allow for causal inference. To present the problem rigorously, the counterfactual causal model will be exposed. Thereafter, the formal properties of three matching methods will be presented. Those methods are the Mahalanobis matching, the propensity score matching and genetic matching. The choice of the appropriate matching technique is based on four empirical criteria which the most important is the standardized mean difference. Results obtained using data from the Montréal Longitudinal and Experimental Study indicate that of the three matching techniques, genetic matching is the one that better balance the variables between groups on all criteria. The estimate of the effect of intervention varies substantially from one technique to another, although in all cases this effect is non significant. Thus, the selection of a matching technique influences the estimation of the effect of an intervention. Therefore, it is imperative to choose the technique that provides an optimal balance of the variables based on data available to the researcher.

Dans cette thèse, on étudie les écoulements oscillatoires en milieux poreux (non saturés ou partiellement saturés) dus à des oscillations tidales des niveaux d'eau dans des milieux ouverts adjacents aux milieux poreux. L'étude est centrée sur le cas des plages de sable en hydrodynamique côtière, mais les applications concernent, potentiellement et plus généralement, les problèmes d'oscillation et de variation temporelle des niveaux d'eau dans des systèmes couplés, lorsque ceux-ci mettent en jeu des interactions entre les écoulements de sub-surface (milieux poreux) et les eaux de surface (milieux ouverts) : plages naturelles et artificielles; digues portuaires; barrages en terre; berges de fleuves; estuaires. Le forçage tidal des écoulements souterrains est représenté et modélisé ici, tant expérimentalement que numériquement, par une oscillation quasi-statique du niveau d'eau dans un réservoir externe ouvert, connecté au domaine poreux. On s'intéresse plus particulièrement aux écoulements verticaux forcés par une pression oscillatoire imposée au bas d'une colonne de sol. Sur le plan expérimental, ce type de forçage est obtenu par une machine à marée équipée d'un arbre rotatif. Au total, on utilise dans ce travail trois types d'approches (expérimentale, numérique, analytique), l'objectif étant d'étudier le mouvement vertical de la surface "libre" et l'écoulement non saturé sus-jacent, de façon à prendre en compte aussi bien les pertes de charge dans la zone saturée que les gradients de pression capillaire dans la zone non saturée. […] / In this thesis, we study hydrodynamic oscillations in porous bodies (unsaturated or partially saturated), due to tidal oscillations of water levels in adjacent open water bodies. The focus is on beach hydrodynamics, but potential applications concern, more generally, time varying and oscillating water levels in coupled systems involving subsurface / open water interactions (natural and artificial beaches, harbor dykes, earth dams, river banks, estuaries). The tidal forcing of groundwater is represented and modeled (both experimentally and numerically) by quasi-static oscillations of water levels in an open water reservoir connected to the porous medium. Specifically, we focus on vertical water movements forced by an oscillating pressure imposed at the bottom of a soil column. Experimentally, a rotating tide machine is used to achieve this forcing. Overall, we use three types of methods (experimental, numerical, analytical) to study the vertical motion of the groundwater table and the unsaturated flow above it, taking into account the vertical head drop in the saturated zone as well as capillary pressure gradients in the unsaturated zone. Laboratory experiments are conducted on vertical sand columns, with a tide machine to force water table oscillations, and with porous cup tensiometers to measure both positive pressures and suctions along the column (among other measurement methods). Numerical simulations of oscillatory water flow are implemented with the BIGFLOW 3D code (implicit finite volumes, with conjugate gradients for the matrix solver and modified Picard iterations for the nonlinear problem). In addition, an automatic calibration based on a genetic optimization algorithm is implemented for a given tidal frequency, to obtain the hydrodynamic parameters of the experimental soil. Calibrated simulations are then compared to experimental results for other non calibrated frequencies. Finally, a family of quasi-analytical multi-front solutions is developed for the tidal oscillation problem, as an extension of the Green-Ampt piston flow approximation, leading to nonlinear, non-autonomous systems of Ordinary Differential Equations with initial conditions (dynamical systems). The multi-front solutions are tested by comparing them with a refined finite volume solution of the Richards equation. Multi-front solutions are at least 100 times faster, and the match is quite good even for a loamy soil with strong capillary effects (the number of fronts required is small, no more than N≈ to 20 at most). A large set of multi-front simulations is then produced in order to analyze water table and flux fluctuations for a broad range of forcing frequencies. The results, analyzed in terms of means and amplitudes of hydrodynamic variables, indicate the existence, for each soil, of a characteristic frequency separating low frequency / high frequency flow regimes in the porous system.