Contexte. Au cours du siècle, les expositions aux champs électromagnétiques se sont multipliées avec l'électricité et les moyens de télécommunications. En 2002, les champs électromagnétiques d'extrêmement basse fréquence (CEM-EBF) ont été classés comme possiblement cancérogène pour l'homme, suivis des radiofréquences en 2011. A ce jour, ce rôle cancérigène reste controversé. L'association entre les tumeurs cérébrales (TC) et l'exposition aux champs électromagnétiques a été étudiée dans une étude cas-témoins, CERENAT. Méthodes. Les sujets de plus de 16 ans, résidant dans quatre départements français, avec un diagnostic de TC posé en 2004-2006 ont été inclus, ainsi que 2 témoins appariés par cas. Le calendrier professionnel détaillé et l'utilisation du téléphone portable (TP) ont été recueillis dans un questionnaire standardisé lors d'un entretien en face-à-face afin d'estimer l'exposition aux CEM-EBF (par l'application d'une matrice emploi-exposition), et aux radiofréquences. Résultats. L'étude a inclus 596 cas et 1192 témoins. Aucune association n'a été observée entre l'exposition aux CEM-EBF et les gliomes ou les méningiomes. Pour les neurinomes, le risque augmentait avec l'exposition, non significativement, atteignant un rapport de cotes (RC)=2,7 [0,8-9,0] pour une exposition moyenne sur la vie ≥ 0,2μT. Par ailleurs, l'usage régulier du TP (O/N) n'était pas associé aux TC (RC=1,1 [0,8-1,4]). Cependant, une association significative était observée pour les gliomes chez les plus grands utilisateurs pour une durée cumulée des appels ≥ 896 heures (RC=2,3 [1,4-3,8]). Les risques étaient plus élevés pour les tumeurs temporales, l'utilisation professionnelle et l'utilisation urbaine du téléphone. Conclusion. Nos résultats vont dans le sens des études antérieures, montrant une association entre les tumeurs cérébrales et l'utilisation importante du TP; et l'absence d'association avec l'exposition aux CEM-EBF. Cependant, le lien entre CEM-EBF et neurinomes reste à explorer, de même que le suivi à plus long terme des effets du TP. / Context. During the century, exposure to electromagnetic fields have increased with electricity and telecommunications facilities. In 2002, extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) have been classified as possibly carcinogenic to humans, followed by radiofrequencies in 2011. To date, this carcinogenic role remains controversial. We investigated the association between brain tumors and exposure to electromagnetic fields in a case-control study, CERENAT. Methods. Subjects over 16 years, living in four French areas, with a diagnosis of brain tumor in 2004-2006 were included, with 2 matched controls per case. The detailed occupational history and mobile telephone use were collected in a standardized questionnaire during a face- to-face interview to estimate exposure to ELF-EMF (using job-exposure matrix) and to radiofrequencies. Results. The study included 596 cases and 1192 controls. No association was observed between exposure to ELF-EMF and gliomas or meningiomas. For neuromas, the risk increased with exposure, not significantly, reaching an odds ratio (OR)=2.7 [0.8 - 9.0] for a life-long mean exposure ≥ 0.2 μT. Moreover, regular use of mobile phone (Y/ N) was not associated with brain tumor (OR=1.1 [0.8 - 1.4]). However, a significant association was observed for gliomas in the heaviest users when considering a life-long cumulative duration of calls ≥ 896 hours (OR=2.3 [1.4 - 3.8]). Risks were higher for temporal tumors, occupational or urban mobile phone use. Conclusion. Our results are consistent with previous studies showing an association between brain tumors and the extensive use of MP, and no association with exposure to ELF-EMF. However, the association between ELF-EMF and neuromas remains to be explored, as well as the follow of mobile phone effects in the long term.

La mousse métallique a des propriétés mécaniques et thermodynamiques uniques qui pourraient s'avérer utiles dans de nombreux domaines, tels que la construction légère et ingénierie automobile. Cependant, la mousse métallique n'est pas encore établie en génie.Une des raisons sont les difficultés et les prix élevés dans le processus de fabrication. Causée par drainage gravitaire en état liquide, peuvent se produire des distributions de matériel non homogènes. En outre, dépassant le drainage peut provoquer rupture de bulle et la génération de soufflures. Ces effets négatifs potentiellement peuvent être évités en ajoutant magnétique ou champs électromagnétiques au cours du processus de génération.Dans cette thèse, l'influence de ces champs est donc étudié en réalisant la phase de résolution des simulations. Ces simulations sont effectuées avec le code interne premier. Une modification de la modélisation de la collision était nécessaire pour enquêter sur l'agglomération de bulles dans le métal liquide.Calcul d'une configuration statique-drainage, les mécanismes de l'agglomération sont étudiés sans la présence de champs électriques ou magnétiques. Aux vitesses élevées de drainage, les bulles flottent. À des vitesses inférieures de drainage, les bulles s'agglomèrent dans la partie supérieure du domaine, formant des structures cristallines compacte.La préférence expérimentalement bien connue de commande cubes axés sur le visage, plus hexagonale compacte vous passez votre commande de volume égal bulles est reproduit numériquement. Appliquant davantage des simulations et expériences, un mécanisme de l'instabilité de la commande de façon hexagonale compacte est identifié, ayant pour résultat la préférence de commande de cubes axés sur le visage.Afin de déterminer les propriétés mécaniques de la mousse métallique solide avec la fraction de gaz faibles et aux fonctionnalités avantageuses et désavantageuses d'état d'arrangements de bulle, simulations par éléments finis de la mousse métallique solide avec cavités sphériques sont réalisées et comparées. Une influence significative de la quantité de cristaux de bulle sur la mécanique de la mousse se trouve. Le type de l'ordre cristallin est moins important.On étudie l'influence d'un champ magnétique horizontal sur l'agglomération de bulle. La résistance de drainage peut être augmentée sensiblement en ajoutant un champ magnétique. La structure résultante des bulles est moins sensible à un champ magnétique.Combinant un courant électrique horizontal et une perpendiculaire, champ magnétique horizontal se traduit par une force verticale de Lorentz. Cette force peut équilibrer la gravitation et donc, provoquer la rotation des bulles. Simuler cet État révèle une distribution homogène de bulle. Dans le même temps, friser les champs de force dans le voisinage de chaque bulle induire un mouvement continu en remuant. Petit champ électromagnétique forces n'empêchent pas les bulles d'agglomération, mais peuvent varier le montant de la commande cristallisé et par conséquent, les propriétés mécaniques de la mousse solide qui en résulte.En conclusion, un champ magnétique horizontal augmente la résistance de drainage, tandis que sa combinaison avec un courant électrique provoque des distributions de bulle homogène et peut modifier la structure de la mousse et la fraction de gaz. Les résultats de cette thèse pourraient aider à améliorer le processus de fabrication industrielle de mousse métallique ou même permettre la production de métal poreux avec la fraction de gaz définie par l'utilisateur. / Metal foam has unique mechanical and thermodynamic properties which could prove useful in many fields, such as light-weight construction and automotive engineering. However, metal foam is not yet established in engineering. One reason are the difficulties and high prices in the fabrication process. Caused by gravity-driven drainage in liquid state, inhomogeneous material distributions can occur. Also, exceeding drainage might cause bubble rupture and the generation of blow-holes. These negative effects potentially can be avoided by adding magnetic or electromagnetic fields during the generation process. In this thesis, the influence of these fields is therefore investigated by conducting phase resolving simulations. These simulations are carried out with the in-house code PRIME. A modification of the collision modelling was necessary in order to investigate the agglomeration of bubbles within liquid metal. Computing a static-drainage setup, the agglomeration mechanisms are investigated without the presence of electric or magnetic fields. At high drainage velocities the bubbles float. At lower drainage velocities the bubbles agglomerate in the upper part of the domain, forming close-packed crystalline structures. The experimentally well known preference of face-centred cubic ordering, over hexagonally close-packed ordering of equal-volume bubbles is reproduced numerically. Applying further simulations and experiments, an instability mechanism of hexagonally close-packed ordering is identified, resulting in the preference of face-centred cubic ordering. In order to determine the mechanical properties of solid metal foam with low gas fraction and to state advantageous and disadvantageous features of bubble arrangements, Finite-Element simulations of solid metal foam with spherical voids are carried out and compared. A significant influence of the amount of bubble crystals on the foam mechanics is found. The type of the crystalline ordering is less important. The influence of a horizontal magnetic field on the bubble agglomeration is investigated. The drainage resistance can be increased significantly by adding a magnetic field. The resulting structure of the bubbles is less sensitive to a magnetic field. Combining a horizontal electric current and a perpendicular, horizontal magnetic field results in a vertical Lorentz force. This force can balance gravitation and thus, cause rotation of the bubbles. Simulating this state reveals a homogeneous bubble distribution. At the same time, curling force fields in the vicinity of each bubble induce a continuous stirring motion. Small electromagnetic field strengths do not prevent the bubbles from agglomerating, but can vary the amount of crystallized ordering and therefore, the mechanical properties of the resulting solid foam. In conclusion, a horizontal magnetic field increases the drainage resistance, while its combination with an electric current causes homogeneous bubble distributions and can alter the foam structure and the gas fraction. The results of this thesis could help improve the industrial fabrication process of metal foam or even allow production of porous metal with user-defined gas fraction.

L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est une modalité d'imagerie médicale reposant sur l'utilisation de champs électromagnétiques pour acquérir des images tomodensitométriques du corps humain. Bien qu'appartenant à la catégorie des rayonnements non-ionisants (RNI), des effets transitoires peuvent être ressentis par les personnels travaillant à proximité d'une IRM. Ces travailleurs sont dits exposés aux champs électromagnétiques, même si les différents comités d’experts s’accordent pour dire qu’aucun effet d’accumulation de dose ou d’effet à long terme n’a été trouvé. Ces effets à court terme, allant d’un goût métallique au niveau de la bouche à la stimulation nerveuse et à l'échauffement, sont connus et identifiés. Ils peuvent néanmoins provoquer une gêne, voire un danger, pour le travailleur. Ces préoccupations concernent spécifiquement le champ magnétique permanent (de 1,5 T à 7 T) utilisé par l'IRM. Un groupement d'experts mandatés par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) a ainsi déterminé l'évaluation de l'exposition des travailleurs au champ magnétique statique comme une priorité importante. Les travaux de cette thèse ont permis de répondre à cette demande en définissant et en implémentant un dispositif de mesure autonome et léger permettant la mesure de cette exposition ainsi que la caractérisation des mouvements du travailleur. La justesse de la mesure d'induction magnétique réalisée par le dispositif est garantie par une méthode de correction numérique prenant en compte les défauts de linéarité et d'orthogonalité du capteur. Basée sur les données du capteur, une méthode d'ajustement de la mesure d'induction magnétique a ensuite été définie. Cette méthode permet, à partir d'une mesure réalisée au niveau du torse du travailleur, d'extrapoler la valeur d'induction magnétique au niveau de la tête de celui-ci. Enfin, une validation pratique du dispositif de mesure a été effectuée à travers un suivi de l'exposition des travailleurs IRM de trois centres d'imagerie médicale : imagerie clinique, imagerie interventionnelle et IRM ultra hauts champs (7~T). Des méthodes d'extraction de métriques permettant l'analyse précise et la comparaison de l'exposition des travailleurs au champ magnétique statique ont été proposées. Les travaux présentés dans cette thèse ont ouvert des perspectives intéressantes, permettant de réaliser le suivi à long terme de l'exposition des travailleurs au champ magnétique statique de façon quasi autonome. De plus, une industrialisation des outils et méthodes définis a pu être réalisée et est actuellement en cours de validation / The Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a medical imaging modality using electromagnetic fields (EMF) in order to perform human body tomodensitometric images. Even if these fields are Non-Ionizing Radiations (NIR), some transitory effects can be felt by the staff working in the vicinity of the MRI. Such workers are qualified as “exposed” to EMF, even if all expert comities agree to say that no accumulative or long term effects have been identified yet. Short term effects are known and identified, from metallic taste in the mouth, nerve and muscle stimulation, to biologic tissue heating, which can be troublesome or dangerous. The main exposure concern comes from the MRI permanent static magnetic field (ranging from 1.5 T to 7 T). An expert comity, mandated by the World Health Organization (WHO), has therefore defined the evaluation of the exposure of the MRI workers to the static magnetic field as a priority. This was the focus of this PhD thesis. A light and autonomous static magnetic field monitor (called "exposimeter") has been developed. It allows the recording of the three-dimensional magnetic fields as well as workers’ movements. Its magnetic induction measurement accuracy has been ensured by a specific calibration, which takes into account non-linearity and non-orthogonality of the magnetic sensors. Based on exposimeter data, a magnetic induction extrapolation method has then been developed. This method allows the estimation of the EMF exposure at the head with sensors placed on the torso. Finally, a practical validation of the device has been performed in multiple MRI clinical and research centers, included clinical MRIs (1.5 T and 3 T), an interventional MRI (1.5 T) and an ultra-high field MRI (7 T). Metrics have been defined in order to precisely analyze and compare workers exposure. All the works presented in this PhD thesis open new perspectives such as long term static magnetic field exposure follow-up. Moreover, industrial transfer of the device has been performed and is currently being validated

Dans les environnements militaires, et plus particulièrement dans le domaine terrestre, de nombreux systèmes radioélectriques HF (de 3 à 30 MHz), VHF (de 30 à 300 MHz) et UHF (de 300 à 3000 MHz) sont utilisés. Ces systèmes remplissent plusieurs fonctions (communication longue et courte distance, brouillage, radar, etc ...) et peuvent parfois cohabiter sur un même porteur. Ces différentes fonctions utilisent plusieurs antennes et augmentent les risques de surexposition électromagnétique des opérateurs. Des normes civiles et militaires proposent des limites sur les champs électromagnétiques appliqués et sur des grandeurs dosimétriques (débit d'absorption spécifique DAS, densité de courant et champs électriques internes) pour limiter ces risques entre 0 et 300 GHz. Ces travaux de thèse ont deux objectifs principaux. Le premier est d'étudier les normes civiles et militaires afin de comprendre comment elles ont été développées et si elles sont réellement adaptées aux fréquences HF et VHF. Le deuxième est de proposer et valider une nouvelle méthode de validation des produits radio Thales. Pour cela, nous caractérisons numériquement le comportement électromagnétique et thermique du corps humain lors d'une exposition électromagnétique en bandes HF et VHF. L'étude des couplages entre le corps et les champs électromagnétiques externes nous permet de proposer pour la première fois des formules calculant les DAS dans le corps d'un fantôme homogène à partir, soit des courants induits le long du corps pour une exposition quelconque, soit du champ électrique appliqué pour une exposition en onde plane. / In military environments, especially land field, high frequencies (HF, 3 - 30 MHz), very high frequencies (VHF, 30 - 300 MHz) and ultra high frequencies (UHF, 300 - 3000 MHz) have been used for long range and shortrange communications, for communication interference or for detection. To have all those functions on the same carrier, they require many antennas, therefore they are increasing the operator's electromagnetic overexposure risk. Civilian and military standards were published providing limits on external electromagnetic fields and dosimetric quantities (specific absortion rate SAR, current density and internal electric field) to limit this overexposure risk between 0 and 300 GHz. The PhD thesis project has two main objectives. First, civilian and military standards are studied to understand how they were developed and if they are really suited for HF and VHF frequencies. Second, a new validation method of Thales radio product is proposed and validated. This PhD thesis project have characterized numerically the human body electromagnetic and thermal behavior during electromagnetic exposure in HF and VHF. Then, by studying couplings between external electromagnetic fields, induced current and human body, formulas to calculate both whole-body averaged SAR and local SAR 10 g in homogeneous body are proposed for the first time.

L'hypothèse directrice de ce travail est la possibilité d'une action des champs électromagnétiques basse fréquence sur les propriétés physico-chimiques de l'eau et via son activité sur des systèmes biologiques. Cette hypothèse a été induite par le grand nombre de publications sur ces sujets parues au cours de ces dix dernières années, mais aussi par la difficulté d'en tirer des conclusions du fait du caractère contradictoire de certains résultats ou de conditions expérimentales mal explicitées et parfois mal contrôlées. Dans la première partie de notre étude, des expériences de diffusion Raman et de photoluminescence réalisées sur des échantillons d'eau pure nous ont permis d'identifier la présence de polluants chimiques provenant des récipients servant au stockage des échantillons. Sous le contrôle de ces techniques extrêmement sensibles, nous avons mis au point un protocole de préparation des échantillons rigoureux permettant de limiter ces artéfacts. Les efforts ont notamment porté sur : (i) la purification de l'eau par osmose inverse et par une étape finale appelée « polissage », (ii) le contrôle de l'environnement atmosphérique (boîte à gants avec atmosphère contrôlée), électromagnétique et acoustique (boîtes de traitement et de stockage du type cage de Faraday avec revêtement de mu-métal et isolation acoustique), (iii) l'inertie chimique des récipients (utilisation exclusive de silice fondue de haute pureté de qualité optique). La seconde partie du travail a porté sur l'étude de l'effet des champs électromagnétiques sur les échantillons d'eau préparés en suivant le protocole caractérisé dans la première partie. Nous avons choisi des champs électromagnétiques sinusoïdaux de basse fréquence (< 1 kHz), délivrés en train d'ondes de quelques secondes et appliqués pendant six heures avec des intensités faibles (champ magnétique d'environ 1 mT et champs électrique d'environ 4 mV/m). Parmi toutes les expériences de caractérisation réalisées, seules celles de diffusion élastique de la lumière et de photoluminescence ont permis d'observer des effets notables à savoir une baisse importante, de l'ordre de 30%, pour l'intensité de diffusion et d'environ 70% pour l'intensité de photoluminescence après exposition au champ électromagnétique. Des expériences complémentaires de diffusion dynamique de la lumière et de dégazage des échantillons ont permis de conclure que l'action du champ électromagnétique avait porté principalement sur les bulles de gaz présentes dans les échantillons d'eau, entraînant notamment une forte baisse d'une population de nanobulles d'environ 300 nm de diamètre. L'ensemble de ces résultats suggère que les champs électromagnétiques basse fréquence pulsés agiraient sur l'interface gaz/eau, principalement en perturbant la double-couche ionique qui stabilise les nanobubbles de gaz dans l'eau. La photoluminescence des échantillons résulterait de l'excitation de ces composés ioniques hydratés concentrés autour des bulles de gaz.

L'environnement électromagnétique, et donc l'exposition aux champs électromagnétiques, existe depuis toujours. En revanche, le nombre de sources d'exposition a augmenté de façon inégale au cours de l'histoire humaine. La source primaire principale et omni-présente est le champ magnétique statique terrestre, appelé champ géomagnétique. Sa valeur moyenne est de 50 µT. Dans l'Antiquité, le savant grec Thalès serait le premier à s'être intéressé à l'électricité, mais c'est à la fin du 18ème siècle et surtout au 19ème siècle que l'électricité artificielle fait son apparition et devient indispensable aux sociétés dites modernes. Les télécommunications se développent également à partir du 19ème siècle et trouvent une extension avec les nouvelles technologies de communication sans fil au siècle dernier. Des applications industrielles et médicales non invasives ont également été développées au cours des dernières décennies, comme l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la stimulation magnétique transcrânienne et d'autres signaux électromagnétiques complexes. Au total, le nombre de sources d'exposition, généralement de faible puissance, ne cesse de croître et les développements technologiques se poursuivent, avec éventuellement de nouveaux usages qui peuvent parfois être à l'origine de nouveaux types d'exposition. L'évaluation des risques liés à l'exposition aux champs électromagnétiques date du 20ème siècle avec la notion de radioprotection et l'apparition des organismes dédiés à la radioprotection. Une distinction entre la radioprotection stricte (protection contre la radioactivité) et la protection contre les rayonnements non-ionisants ou champs électromagnétiques est intervenue dans les années 1960. En France, la Société Française de Radio Protection comporte une section " ionisant " et une section " non-ionisant ". Au plan international, à l'instar de la CIPR pour les rayonnements ionisants, l'ICNIRP est l'organisme qui propose les normes d'exposition aux rayonnements non-ionisants. Ces normes sont établies à partir de l'analyse collective des articles scientifiques parus dans des journaux à comité de lecture. C'est donc sur les connaissances scientifiques que se fait l'évaluation des risques liés à l'exposition aux champs électromagnétiques, et les propositions de limites d'exposition peuvent évoluer si les résultats des évaluations périodiques du risque le nécessitent. Cependant, le développement de nouvelles technologies et/ou de nouveaux usages, la question des faibles doses et des expositions à long terme ont généré une demande sociétale forte et incité les industriels et/ou les autorités à financer de nouvelles recherches. Classiquement en toxicologie, le risque caractérisé est directement lié à la " dose " de l'agent en cause et c'est le cas ici des champs électromagnétiques. Aussi, généralement, les pathologies associées se développent rapidement et apparaissent de façon aiguë, exception faite du cancer. Implicitement, des expositions à des intensités ou puissances faibles, comme celles générées par les nouvelles technologies de communication sans fil par exemple, ne peuvent pas générer ces manifestations physiopathologiques. Pourtant, avec la téléphonie mobile, force est de constater que l'on approche, pour la première fois, une source RF près du cerveau. En revanche, les techniques d'IRM évoluent vers l'utilisation de champs magnétiques statiques, intenses jusqu'à 11 teslas. Or, peu de recherches ont été menées avec des champs statiques aussi intenses. Des questions sanitaires légitimes se posent alors quant aux effets sanitaires liés aux nouvelles technologies utilisant des champs électromagnétiques, et la recherche fournit des éléments de réponse. Dans les années 1990, la thématique " santé-environnement " émerge avec, notamment, la question des enfants et leur possible plus grande sensibilité aux toxiques de l'environnement . Les champs électromagnétiques ne sont pas toujours cités dans ces documents. En 1996, l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) établit le Projet International pour l'étude des champs électromagnétiques (International EMF project). Ce projet se propose " d'évaluer les effets sanitaires et environnementaux provoqués par des champs électriques et magnétiques statiques ou variables dans les fréquences allant de 0 à 300 GHz ". Ainsi, l'OMS publie régulièrement des recommandations de recherche qui sont une référence incontournable pour les instituts de recherche. L'OMS justifie ce programme " au titre de sa Charte pour la protection de la santé publique et en réponse à la préoccupation suscitée par la possibilité d'effets sanitaires imputables à l'exposition à des sources de champs électromagnétiques ". Ainsi, des aspects sociétaux justifient également notre recherche. En parallèle, la notion de principe de précaution s'est développée jusqu'à l'inscription de la charte de l'environnement, et donc du Principe de Précaution, dans le préambule de la constitution française en 2005. Consacré dans le champ de la protection de l'environnement - il s'agit de ne pas attendre de disposer de toutes les certitudes scientifiques sur l'existence d'un risque de dommage grave et irréversible pour agir - ce principe demande " la mise en œuvre de procédures d'évaluation des risques " et la recherche doit être considérée comme un élément à part entière de ce principe. Je présente dans ce document mes activités de recherche depuis ma soutenance de thèse en 1997. Mes recherches incluent des études de confirmation et des études originales dans une approche toxicologique qui s'inscrit pleinement dans la démarche d'évaluation du risque. Le processus d'évaluation des risques est en effet un processus dynamique qui tient compte des nouvelles données scientifiques. Je contribue ainsi à l'évaluation du risque à la fois par mes recherches et par l'activité d'expertise que j'exerce en parallèle, laquelle vise à recenser et évaluer les données scientifiques disponibles. Ce document présente un rappel succinct de la notion de champs électromagnétiques et des mécanismes d'action pour les interactions avec le vivant, puis une synthèse des travaux réalisés en cinq sections : (i) Systèmes d'exposition, dosimétrie et expositions ; (ii) Études de confirmation d'effets biologiques des champs magnétiques et des champs RF ; (iii) Étude d'effets biologiques des champs RF ; (iv) Étude d'effets biologiques des champs magnétiques et (v) Expertise. Viennent ensuite mes perspectives de recherche, pour les quatre prochaines années.

Le couplage important entre les différentes échelles d’un écoulement est une des caractéristiques prin-cipales des turbulences. Cela est exprimé mathématiquement par les termes non linéaires présents dans les équations d’équilibre de l’écoulement, dominants en dynamique turbulente. En magnétohy-drodynamique (MHD), la force de Lorentz influe sur l’équation de conservation de l’impulsion et le nombre de termes non linéaires passe à quatre au lieu d’un seul pour un fluide non conducteur.<p>L’objectif principal de cette thèse est d’analyser le transport d’énergie inter-échelles en utilisant une simulation numérique directe d’un écoulement turbulent MHD. Les propriétés de localité du transport de l’énergie entre les échelles pour un écoulement anisotropique ou isotropique, généré par la présence d’un champ magnétique constant, sont renforcées. Un objectif secondaire est d’établir un cadre de travail pour l’étude du transport de particules test chargées dans un champ électromagnétique turbu-lent, i.e. généré par le mouvement d’un fluide conducteur, qui possède des structures à plusieurs ordres de grandeur. La structure de la thèse est présentée ci-dessous.<p>Dans la première partie, composée des deux premiers chapitres, l’auteur présente les notions de turbu-lences, aussi bien hydrodynamiques que MHD. Ces deux chapitres sont des synthèses.<p>La deuxième partie est la principale source de nouveaux résultats. Le chapitre 3 présente les méthodes numériques pour la résolution des équations, les méthodes pseudo-spectrales. Un nouveau type de force est introduit, imposant un niveau de dissipation pour tous les invariants. Dans le chapitre 4, il est effectué une analyse du transfert d'énergie entre ordres de grandeur pour les turbulences MHD. Pour explorer ces transferts d'énergie, le domaine spectral est décomposé en une série de coques de même nombre d'onde. Le transfert moyen d'énergie entre ces coques est analysé. Les transferts d'énergie s'avèrent être surtout locaux en ordre de grandeur, alors qu'une contribution non locale existe due à la force. En présence d'un champ magnétique, l'écoulement développe une direction préférentielle, une anisotropie, où une idée nouvelle de décomposition de l'espace spectral en structures annulaires est présentée. Utilisant cette décomposition annulaire on trouve que le transfert entre anneaux est local, surtout dans les anneaux de direction perpendiculaire au champ magnétique. Pour les turbulences isotropiques, dans le chapitre 5, la localité des flux d'énergie est explorée par le biais de fonctions de localité. Dans le cas de la turbulence MHD, nous avons un comportement non local plus prononcé.<p>La dernière partie, les chapitres 6 et 7, présente le formalisme de suivi des trajectoires de particules chargées évoluant dans un champ électromagnétique turbulent. L'influence de la méthode d'interpola-tion du solveur de particules est étudiée avant la présentation des concepts liés au transport de particu-les et aux régimes de diffusion. L'adiabatisme du mouvement des particules chargées est discuté et le transport de particules chargées dans un champ magnétique turbulent est montré en exemple.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Turbulent phenomena are found in both natural (e.g. the Earth's oceans, the Sun's corona) and artificial (e.g. flows through pipes, the plasma in a tokamak device) settings; evidence suggests that turbulence is usually the normal behaviour in most cases. Turbulence has been studied extensively for more than a century, but a complete and consistent theoretical description of it has not yet been proposed. It is in this context that the motion of particles under the influence of turbulent fields is studied in this work, with direct numerical simulations. The thesis is structured in three main parts. The first part describes the tools that are used. Methods of integrating particle trajectories are presented, together with a discussion of the properties that these methods should have. The simulation of magnetohydrodynamic (MHD) turbulence is discussed, while also introducing fundamental concepts of fluid turbulence. Particle trajectory integration requires information that is not readily available from simulations of turbulent flows, so the interpolation methods needed to adapt the fluid simulation results are constructed as well. The second part is dedicated to the study of two MHD problems. Simulations of Kolmogorov flow in incompressible MHD are presented and discussed, and also simulations of the dynamo effect in compressible MHD. These two scenarios are chosen because large scale structures are formed spontaneously by the turbulent flow, and there is an interest in studying particle transport in the presence of structures. Studies of particle transport are discussed in the third part. The properties of the overall approach are first analyzed in detail, for stationary predefined fields. Focus is placed on the qualitative properties of the different methods presented. Charged article transport in frozen turbulent fields is then studied. Results concerning transport of particles in fully developed, time-evolving, turbulent fields are presented in the final chapter.<p><p><p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La magnétohydrodynamique (MHD) est la science et le formalisme qui décrivent les mouvements d'un fluide conducteur d'électricité. Il est possible que de tels mouvements donnent lieu à l'effet dynamo qui consiste en la génération d'un champ magnétique stable et de grande échelle. Ce phénomène est vraisemblablement à l'origine des champs magnétiques des planètes, des étoiles et des galaxies. <p><p>Il est surprenant qu'alors que les mouvements fluides à l'intérieur de ces objets célestes sont turbulents, les champs magnétiques généré soient de grande échelle spatiale et stables sur de longues périodes de temps. De plus, ils peuvent présenter une dynamique temporelle régulière comme c'est le cas pour le champ magnétique solaire dont la polarité s'inverse tous les onze ans. <p><p>Décrire et prédire les mouvements d'un fluide turbulent reste l'un des problèmes les plus difficiles de la mécanique classique. <p>%La description aussi bien analytique que numérique d'un fluide hautement turbulent est d'une effroyable complexité, si pas tout simplement impraticable. Dans cette situation, <p>Il est donc utile de construire des modèles aussi proches que possible du système de départ mais de moindre complexité de sorte que des études théoriques et numériques deviennent envisageables.<p><p>Deux approches ont été considérées ici. D'une part, nous avons développé des modèles présentant un très petit nombre de degrés de liberté (de l'ordre de la dizaine). Une étude analytique est alors possible. Ces modèles ont une dépendance en les paramètres physiques - nombres de Reynolds cinétique et magnétique et injection d'hélicité - qualitativement similaire aux dynamos célestes et expérimentales.<p><p>D'autre part, les modèles en couches permettent de caractériser les transferts d'énergie entre les structures de différentes tailles présentes au sein du champ de vitesse. Nous avons développé un nouveau formalisme qui permet d'étudier aussi les échanges avec le champ magnétique. <p><p>De plus, nous proposons une étude de la MHD dans le cadre de la décomposition hélicoïdale des champs solénoïdaux - une idée similaire à la décomposition de la lumière en composantes polarisées et que nous sommes les premiers à appliquer à la MHD. Nous avons montré comment exploiter cette approche pour déduire systématiquement des modèles simplifiés de la MHD. En particulier, nos méthodes multiplient le nombre de situations descriptibles par les modèles en couche comme par exemple le problème anisotrope de la turbulence en rotation. Elles permettent aussi de construire des modèles à basse dimension en calquant les résultats de simulations numériques directes. Ces modèles peuvent alors être étudiés à moindre coûts.<p><p><p>_______________<p><p><p><p><p>Magnetohydrodynamics (MHD) is both the science and the formalism that describe the motion of an electro-conducting fluid. Such motion may yield the dynamo effect consisting in the spontaneous generation of a large scale stationary magnetic field. This phenomenon is most likely the reason behind the existence of planetary, stellar and galactic magnetic fields. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’utilisation d’une chambre réverbérante pour modéliser un canal de communication<p>sans fil a récemment été proposée. La chambre réverbérante est une cavité<p>métallique fermée dans laquelle se trouve une pale mécanique en mouvement<p>permettant de modifier les conditions aux limites et d’ainsi obtenir en moyenne<p>une répartition uniforme des champs. Cette cavité métallique fermée présente de<p>nombreux avantages pour modéliser un canal de communication. Citons principalement<p>le fait que l’environnement est reproductible grâce au mouvement de<p>la pale.<p>L’étude détaillée du canal de communication sans fil à l’intérieur de cet environnement<p>est le sujet de cette thèse. Nous développons à la fois une approche<p>théorique et expérimentale (dans 3 chambres réverbérantes différentes). En particulier,<p>on caractérise ce canal dans les dimensions temporelles, fréquentielles<p>et spatiales afin de dériver ensuite un modèle de canal. Nous nous intéressons en<p>particulier aux systèmes sans fil multi-antennes car ceux-ci exploitent les trois<p>dimensions (temps, fréquence, position).<p>Ensuite, nous comparons l’environnement en chambre réverbérante au cas d’un<p>environnement confiné, à savoir une voiture. Nous testons également une chaîne<p>complète de transmission OFDM et SC-FDE sur base du modèle de canal en<p>chambre développé dans cette thèse.<p>Enfin, nous présentons un nouveau système de test composé de deux chambres<p>réverbérantes couplées à l’aide d’un guide d’ondes dont les dimensions transverses<p>peuvent être changées. Grâce à ce guide d’ondes, le degré de liberté du<p>canal multi-antennes peut être contrôlé. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished