Les tourbillons sont des structures importantes pour une large gamme d'écoulements de fluides, notamment les sillages, l'interaction fluide-structure, les décollements de couche limite et la turbulence. Cependant, les méthodes numériques classiques n'arrivent généralement pas à donner une représentation précise des tourbillons. Ceci est principalement lié à la dissipation numérique des schémas qui, si elle n'est pas spécifiquement calibrée pour le calcul des écoulements tourbillonnaires, conduit à une diffusion artificielle très rapide des tourbillons dans les calculs. Parmi d'autres approches, la méthode "Vorticity Confinement" (VC) de J. Steinhoff permet de compenser la dissipation des schémas au sein des tourbillons en introduisant une anti-dissipation non-linéaire, mais elle n’est précise qu’au premier ordre. D’autre part, des progrès significatifs ont récemment été accomplis dans le développement de méthodes numériques d’ordre élevé. Celles-ci permettent de réduire ce problème de dissipation excessive, mais la diffusion des tourbillons reste importante pour de nombreuses applications. La présente étude vise à développer des extensions d’ordre élevé de la méthode VC pour réduire cette dissipation excessive des tourbillons, tout en préservant la précision d'ordre élevé des schémas. Tout d'abord, les schémas de confinement sont analysés dans le cas de l'équation de transport linéaire, à partir de discrétisations couplées et découplées en espace et en temps. Une analyse spectrale de ces schémas est effectuée analytiquement et numériquement en raison de leur caractère non linéaire. Elle montre des propriétés dispersives et dissipatives améliorées par rapport aux schémas linéaires de base à tous les ordres de précision. Dans un second temps, des schémas VC précis au troisième et cinquième ordre sont développés pour les équations de Navier-Stokes compressibles. Les termes correctifs restent conservatifs, invariants par rotation et indépendants du schéma de base, comme la formulation originale VC2. Les tests numériques valident l'ordre de précision et la capacité des extensions VC d’ordre élevé à réduire la dissipation dans les tourbillons. Enfin, les schémas avec VC sont appliqués au calcul des écoulements turbulents, dans une approche de simulation de grandes échelles implicite (ILES). Les schémas numériques avec VC présentent une résolvabilité améliorée par rapport à leur version linéaire de base, et montrent leur capacité à décrire de façon cohérente ces écoulements tourbillonnaires complexes. / Vortices are flow structures of primary interest in a wide range of fluid dynamics applications including wakes, fluid-structure interaction, flow separation and turbulence. Albeit their importance, standard Computational Fluid Dynamics (CFD) methods very often fail to provide an accurate representation of vortices. This is primarily related to the schemes’ numerical dissipation which, if inadequately tuned for the calculation of vortical flows, results in the artificial spreading and diffusion of vortices in numerical simulations. Among other approaches, the Vorticity Confinement (VC) method of J. Steinhoff allows balancing the baseline dissipation within vortices by introducing non-linear anti-dissipation in the discretization of the flow equations, but remains at most first-order accurate. At the same time, remarkable progress has recently been made on the development of high-order numerical methods. These allow reducing the problem of excess dissipation, but the diffusion of vortices remains important for many applications. The present study aims at developing high-order extensions of the VC method to reduce the excess dissipation of vortices, while preserving the accuracy of high-order methods. First, the schemes are analyzed in the case of the linear transport equation, based on time-space coupled and uncoupled formulations. A spectral analysis of nonlinear schemes with VC is performed analytically and numerically, due to their nonlinear character. These schemes exhibit improved dispersive and dissipative properties compared to their linear counterparts at all orders of accuracy. In a second step, third- and fifth-order accurate VC schemes are developed for the compressible Navier-Stokes equations. These remain conservative, rotationally invariant and independent of the baseline scheme, as the original VC2 formulation. Numerical tests validate the increased order of accuracy and the capability of high-order VC extensions to balance dissipation within vortices. Finally, schemes with VC are applied to the calculation of turbulent flows, in an implicit Large Eddy Simulation (ILES) approach. In these applications, numerical schemes with VC exhibit improved resolvability compared to their baseline linear version, while they are capable of producing consistent results even in complex vortical flows.

Le schéma de régularisation de Taylor-Lagrange (TLRS) est basé sur la définition des champs en tant que distributions à valeurs d'opérateurs (OPVD). L'expression de ces OPVD implique des fonctions test qui, grâce à leurs propriétés (propriétés d'échelles, super-régularité), permettent d'étendre des distributions singulières à tout l'espace. Ce type de régularisation, que l'on peut qualifier de coupure ultra-douce, est efficace quelque soit le degré de divergence originel et produit des amplitudes finies dépendant d'une échelle intrinsèque sans dimensions. Enfin, ce schéma préserve les symétries du groupe de Poincaré et l'invariance de jauge. Après avoir présenté le formalisme TLRS, celui-ci est appliqué au calcul des corrections radiatives en QED ainsi qu'à celles à la masse du boson de Higgs dans le cadre du modèle standard de la physique des particules. Dans une dernière partie, il est appliqué au modèle de Yukawa dans le cadre de la dynamique sur le front de lumière. Les corrections radiatives et un calcul non-perturbatif d'états liés sont effectués. Ces exemples permettent de vérifier, d'une part, l'applicabilité de ce schéma dans différents cas, et d'autre part, de tester son respect des propriétés de symétrie des théories. / The Taylor-Lagrange regularization scheme (TLRS) is based on the definition of fields as operator valued distributions (OPVD). The expression of these OPVDs implies test functions which, thanks to their properties (scaling properties, super-regularity), allow to extend singular distributions to the whole space. This type of regularization, which could be qualified as an ultra-soft cut-off, is efficient for any order of divergences and produces finite amplitudes depending on an intrinsic dimensionless scale. Finally, this scheme respects the Poincaré group symmetries as well as gauge invariance. After an introduction to the TLRS, it is applied to the calculation of radiative corrections to QED and to the mass of the Higgs boson within the standard model of particle physics. In a last section, it is applied to the Yukawa model using the framework of light front dynamics. Radiative corrections and non-perturbative bound state are calculated. This examples allow to verify, on one hand, the applicability of the TLRS, and on the other hand to test its respect of the symmetry properties of the theories.

Grâce à l’exploitation du Large Hadron Collider, débutée en 2010, le monde de la physique des particules espère enfin avoir une compréhension plus précise du mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible et résoudre certaines questions expérimentales et théoriques que soulèvent encore le modèle standard. S’inscrivant dans cette effervescence scientifique, nous allons présenter dans ce manuscrit une paramétrisation largement indépendante des modèles afin de caractériser les effets d’une éventuelle nouvelle physique sur les mécanismes de production et de désintégration du bosons de Higgs. Ce nouvel outil pourra aisément être utilisé dans les analyses des grandes expériences généralistes comme CMS et ATLAS afin de valider ou d’exclure de manière significative certaines théories au delà du modèle standard. Ensuite, dans une approche différente, fondée sur la construction de modèles, nous avons considéré un scenario où les champs du modèle standard peuvent se propager dans un espace plat possédant six dimensions. Les nouvelles directions spatiales supplémentaires sont compactifiées sur un Plan Projectif Réel. Cet orbifold original est l’unique géométrie à six dimensions qui présente des fermions chiraux et un candidat de matière noire dit naturel. Le photon scalaire, particule la plus légère du premier mode de Kaluza-Klein, est en effet stabilisé par une symétrie résiduelle de l’invariance de Lorentz à six dimensions. En utilisant les contraintes actuelles fournies par les observations cosmologiques, nous avons déterminé l’ordre de grandeur de la masse de cette particule aux alentours d’une centaine de GeV. De ce fait les nouveaux états présents dans cette théorie sont suffisamment légers pour produire des signatures claires et observables au Large Hadron Collider. Avec une étude plus poussée du spectre de masses et des couplages du modèle, incluant les corrections radiatives à une boucle, nous avons pu ainsi donner les premières prédictions et contraintes sur la phénoménologie attendue au Large Hadron Collider. / With the start of the Large Hadron Collider runs, in 2010, particle physicists will be soon able to have a better understanding of the electroweak symmetry breaking. They might also answer to many experimental and theoretical open questions raised by the Standard Model. Surfing on this really favorable situation, we will first present in this thesis a highly modelindependent parametrization in order to characterize the new physics effects on mechanisms of production and decay of the Higgs boson. This original tool will be easily and directly usable in data analysis of CMS and ATLAS, the huge generalist experiments of LHC. It will help indeed to exclude or validate significantly some new theories beyond the Standard Model. In another approach, based on model-building, we considered a scenario of new physics, where the Standard Model fields can propagate in a flat six-dimensional space. The new spatial extra-dimensions will be compactified on a Real Projective Plane. This orbifold is the unique six-dimensional geometry which possesses chiral fermions and a natural Dark Matter candidate. The scalar photon, which is the lightest particle of the first Kaluza-Klein tier, is stabilized by a symmetry relic of the six dimension Lorentz invariance. Using the current constraints from cosmological observations and our first analytical calculation, we derived a characteristic massrange around few hundred GeV for the Kaluza-Klein scalar photon. Therefore the new states of our Universal Extra-Dimension model are light enough to be produced through clear signatures at the Large Hadron Collider. So we used a more sophisticated analysis of particle mass spectrum and couplings, including radiative corrections at one-loop, in order to establish our first predictions and constraints on the expected LHC phenomenology

Les extensions du Modèle Standard (MS) des particules sont maintenant dans une époque de développement très actif. Les motivations de l'introduction des dimensions supplémentaires sont basées d'une part sur la théorie des cordes qui nécessitent l'existence de nouvelles dimensions pour être cohérent. D'un autre côté ces théories peuvent potentiellement expliquer le problème de hiérarchie, le nombre de générations de fermions ou la stabilité du proton. La caractéristique commune de ces modèles est qu'ils fournissent une nouvelle particule neutre interagissant faiblement –un candidat idéal de la matière noire. Sa stabilité est préservée par la parité KK qui interdit les désintégrations du LKP en particules du MS. La géométrie de l'espace sous-jacent détermine le spectre de particules du modèle donc la masse et le spin du candidat DM, qui à leur tour jouent un rôle clé dans les études phénoménologiques. Nous présentons un modèle à deux dimensions supplémentaires universelles compactifiées sur le plan projectif réel. Cette géométrie particulière permet la définition des fermions chiraux et la stabilité de la matière noire neutre candidat dérive naturellement des propriétés intrinsèques de l'espace sans ajouter de nouvelles symétries ad hoc. Nous présentons le spectre de deux premiers niveaux KK à une boucle. Le spectre au sein de chaque niveau KK est fortement dégénéré ce qui fournit des signatures très intéressantes du modèle. Nous étudions la phénoménologie de la matière noire dans notre modèle pour limiter l'espace des paramètres en comparant nos résultats avec les données de WMAP et les expériences de détection directe. En utilisant les bornes obtenues, nous nous concentrons sur la phénoménologie LHC de notre modèle / The extra-dimensional extensions of the Standard Model of particles are now in a very active epoch of development. The motivations of introducing extra dimensions are based on one hand on string theories that require the existence of new dimensions to be consistent. On the other hand such theories can potentially explain the hierarchy problem, number of fermion generations, proton stability and other enigmas of the Standard Model. The common feature of these models is that they provide a new neutral weakly interacting particle - perfect candidate to the Dark Matter. Its stability is preserved by the so-called KK parity which prohibits the decays of the LKP into SM particles. The geometry of the underlying space determines the particle spectrum of the model, thus the mass and the spin of the DM candidate, which in turn plays the key role in the phenomenological studies We present a model with two universal extra dimensions compactified on a real projective plane. This particular geometry is chosen because chiral fermions can be defined on such orbifold and the stability of the neutral dark matter candidate arise naturally from the intrinsic geometrical properties of the space without adding any new symmetries ad hoc. We present the particle spectrum at loop order up to the second level in Kaluza-Klein expansion. The particularity of the spectrum is that the mass splittings within each KK level are highly degenerated providing a very interesting potential signatures in the LHC. We study the dark matter phenomenology in our model and constrain the parameter space by comparing our results with WMAP data and direct detection experiments. Using the obtained bounds we focus on the collider phenomenology of our model

L’objectif de ce travail est la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques qui gouvernent la réponse vibro-acoustique d’une cascade de distribution de poids lourd. On s’intéresse en particulier au bruit de sirènement d’une cascade de six engrenages, qui correspond à la réponse aux excitations internes générées par le processus d’engrènement et au bruit de claquement, qui correspond à la réponse aux vibro-impacts entre dentures sous charge induits par les fluctuations des efforts extérieurs couplées aux excitations internes. Dans un premier temps, les corrections de denture sont optimisées par une méthode méta-heuristique (essaims particulaires), afin de minimiser les fluctuations des erreurs statiques de transmission en prenant en compte la large plage de couples de fonctionnement et les dispersions géométriques induites par les tolérances de fabrication des engrenages. Le bruit de sirènement est alors modélisé à partir d’une méthode spectrale qui prend en compte le couplage entre les différentes excitations internes de la cascade de dentures. Le gain apporté par l’optimisation des corrections sur le bruit de sirènement de la cascade de dentures a pu être estimé. Dans un second temps, le bruit de claquement est analysé à partir de modèles non linéaires prenant en compte les jeux entre dentures. Une méthode de continuation couplée à une discrétisation par la méthode des différences centrées et une méthode d’intégration temporelle directe sont mises en oeuvre. Le comportement dynamique de la cascade induit par la fluctuation des efforts extérieurs couplée aux excitations internes est complexe : les réponses des différents pignons peuvent être périodiques, pseudo-périodiques ou chaotiques avec possibilité d’observer des pertes de contact multiples, et notamment des chocs entre les flancs rétros des dentures si l’acyclisme moteur est élevé. Les régimes de type vibro-impacts peuvent être établis sur une large plage de vitesses de fonctionnement. / The aim of this work is to characterize the vibro-acoustic response of a truck timing gear cascade, and especially the whining noise induced by internal excitations generated by the meshing process and the hammering noise induced by vibro-impacts between gears under fluctuations of external forces coupled with internal excitations. The tooth corrections are optimized with a meta-heuristic method (particle swarm)in order to minimize the fluctuations of static transmission errors. A robustness analysis is performed taking into account the wide range of operating torque and the geometric dispersions induced by gear manufacturing tolerances. The whining noise is then modelled using a spectral method considering the coupling between the different internal excitations. The gain provided by the optimization of tooth corrections on the whining noise of the timing gear cascade can thus be estimated. In a second step, the hammering noise is analyzed using nonlinear models which include the gears’ backlashes. A continuation method coupled with centered finite differences method is implemented, as well as a direct time integration method. The dynamic behaviour of the cascade induced by fluctuating external forces coupled with internal excitations is complex : the gear responses can be periodic, pseudoperiodic,or chaotic, with possibility of multiple contact losses, including collisions between reverse flanks when the engine torque fluctuation is high. Vibro-impact regimes can be observed over a wide range of operating conditions.

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In this research project the overcrowding problem in South African prisons will be analysed as well as the influence it had on the rehabilitation of offenders. The problem of overcrowding in South Africa's prisons is very clear when the approved accommodation of a prison is compared with the actual number of prisoners incarcerated. Prison sentences are a favoured form of punishment throughout the world. More and more people seek alternatives to incarceration in order to reduce prison overcrowding. The time to finalize criminal cases, releases on bail, the abolishment of minimum sentences and better utilization of community based sentences are some of the issues which can reduce overcrowding. One of the concepts that was implemented to establish rehabilitation within prisons was Unit Management. The number of prisoners incarcerated makes it difficult for Unit Management to be effective. In some cases prisoners are kept under inhumane conditions which is a violation of the Constitution of South Africa. Currently the morale of members of Correctional Services is very low and this has an influence on the way in which they treat prisoners. These members are supposed to be an example to prisoners but instead their bad behaviour has a negative influence on prisoner's discipline. Correctional Services goal is to make every member a rehabilitator but overcrowding will first have to be reduced. Individual attention to prisoners is one of the building blocks of Unit Management but overcrowding of prisons creates a member/prisoner ratio which is far too high to be effective with rehabilitating prisoners. Community based sentences can also be utilized more frequently by the courts. It can better rehabilitation possibilities and through this the objectives of punishment are met. In the past the focus of South African Law was on the criminal. With the Correctional Services Act (Act 111/1998) this focus was shifted to the victim as well. Both these parties can now come together and discuss the offence as well as the influence it had on the victim. This is called restorative justice and it helps the offender with re-integration into the community. / Criminology / D. Litt. et Phil. (Penology)

Summaries in English and Afrikaans / Die proefskrif poog om 'n penologiese evaluering rakende die assessering van oortreders vir korrektiewe toesig weer te gee. Korrektiewe toesig is 'n vonnisopsie wat oortreders binne die gemeenskap rebabiliteer. 'n Literatuurstudie oor die ontwikkeling van korrektiewe toesig in verskillende wereldlande is ingestel asook die wetlike ontstaan en praktiese toepassing in Suid-Afrika. Korrektiewe toesig is met deeglike navorsing deur die Krugel-Werkgroep vooraf gegaan. Die Witskrif rakende die Departement van Korrektiewe Dienste wat op navorsing gevolg bet, is gedurende Mei 1991 in die parlement van Suid-Afrika ter tafel gele. Parlementsdebatte is gevolg deur wetswysigings van onder andere die Strafproseswet, 1977 en die Wet op Gevangenisse, 1959. Eenstemmigheid het genoemde parlementsitting gekenmerk wat gevolg het tot die instelling van korrektiewe toesig. Korrektiewe toesig soos deur die Departement van Korrektiewe Dienste toegepas word, is ondersoek maar veral die funksionering van huisarres, monitering en gemeenskapsdiens. Die assessering van oortreders en hul promovering vanaf maksimum intensiewe na medium - en na minimum - van huisarres sowel as monitering is nagegaan. Assesseringsmetodes van die State Georgie en Wisconsin in die V.S.A. asook ander kriteria is ondersoek om die geskiktheid van oortreders te klassifiseer deur middel van 'n seleksieproses. 'n Profielstudie van kandidate by die Kaapstadse gemeenskapskorreksie-kantoor is opgestel met 'n ondersoek vanuit 624 gevalle asook die menings van landdroste in Pretoria en die distrik van Wonderboom rakende korrektiewe toesig. / This thesis is an attempt to give a penological evaluation relating to the assessment and suitability of offenders for correctional supervision. Correctional supervision is a sentencing option aimed at rehabilitating offenders within community context. This research will focus on the development of correctional supervision in differnt countries around the world inclusive of South Africa. The implementation of correctional supervision in South Africa was precede by research done by the Kriigel Commission. In May 1991 a White paper was tabled in Parliament regarding the broadening of the mission of the Department of Correctional Services. Much debate in Parliament resulted in amendments to inter alia the Criminal Procedures Act, 1977 and the Prisons Act, 1959. In this thesis the application of cor!'ectional supervision as redered by the Department of Correctional Services is investigated with special reference to house arrest, monitoring and community service. Assessment and promotion from maximum intensive to medium intensive and to minimum intensive supervision are also looked at. Assessment methods and other criteria in the States of Georgia and Wisconsin in the United States of America are investigated in order to propose classification categories for the selection of offenders. A profile of an offender under supervision was undertaken with 624 cases from the Cape Town office for Correctional Supervision as well as in Pretoria and the district of Wonderboom. / Criminology and Security Science / D.Litt. et Phil. (Kriminologie)

A disturbing average of 600 Palestinian children are prosecuted by Israeli military courts every year. Three fourths of the children experience some form of physical violence during their arrest, interrogation, and/or detention. On the contrary, Jewish Israeli children never face the brutality of a military court system with a 99.74% conviction rate of Palestinian minors. The aim of this thesis is to examine the “legal” systems responsible for discriminatorily incarcerating an average of 200 children in military jails on a monthly basis. Central questions to my thesis ask: is this behavior legal and legitimate by Israeli legal standards? Can the same be said about the standards set by international law? What defines and distinguishes a legal system? Finally, how should we punish children, if at all? This thesis argues there is a severe lack of legality and legitimacy behind Israel’s rampant and unrestricted incarceration of Palestinian minors, be it by Israeli or international measures.

published_or_final_version / Social Work / Master / Master of Social Work