Cette recherche doctorale ambitionne d'étudier et d'analyser les dynamiques fondamentales qui lient la Norvège et la Russie dans la région arctique. Sur le plan de la démarche scientifique, nous avons fait le choix de nous rapprocher du paradigme de l'Anthropocène. Aussi, cette recherche souhaite valoriser l'approche interdisciplinaire. La région de Barents est un cas pertinent en ce qui concerne les questions structurelles que notre civilisation thermo-industrielle a conduites tels que le changement climatique, la politique énergétique, la militarisation et l'épuisement des ressources. En outre, il met en évidence les intérêts croissants des puissances économiques pour la région polaire. En premier lieu, la Chine qui a établi des partenariats stratégiques dans la région, notamment avec la Norvège et la Russie. De plus, cette thèse étudie avec attention les questions fondamentales entre ces deux pays tels que la pêche, la sûreté nucléaire, les relations sur l'archipel du Svalbard ou encore la coopération transfrontalière. Elle présente et discute aussi la façon dont les deux pays ont géré et maintenu leur coopération régionale, à part des dynamiques géopolitiques mondiales. Cette dynamique bilatérale a commencé en 1993, après la Guerre froide, à travers la mise en place du Conseil euro-arctique de Barents (BEAC). Cette organisation intergouvernementale a façonné le développement régional dans le nord de l'Europe. Pendant 25 ans, les acteurs locaux de la région de Barents ont démontré leur capacité à atténuer et maintenir cette gouvernance originale. En effet, la crise ukrainienne de 2014 et l'annexion de la Crimée par la Fédération de Russie ont initié une rupture significative entre les pays occidentaux et la Russie. À la lumière de ce changement géopolitique, nous discutons de la résilience de ces relations bilatérales à mesure que le système international devient instable et perturbé. Enfin, notre objectif est d'élever une nouvelle approche méthodologique dans les relations internationales, car la dynamique du système Terre (ESD) et la dynamique des systèmes humains (HSD) semblent être sur une trajectoire de collision à travers le XXIe siècle. À cet égard, les relations entre la Norvège et la Russie, comme puissances énergétiques, ont une position très spécifique. D'une part, les deux sont d'importants fournisseurs d'énergie pour le reste du continent européen. D'autre part, à mesure que le système international subit une pression croissante provenant du système Terre, les deux pays tentent de mettre en place une stratégie durable et pertinente. Finalement, cette nouvelle trajectoire peut affecter et transformer leurs relations. / This dissertation aims to study and analyze key dynamics between Norway and Russia in the Arctic region. Under the Anthropocene paradigm, this research keeps an interdisciplinary approach. The Barents region is a relevant case regarding structural issues that our thermo-industrial civilization drove such as climate change, energy policy, militarization and resources depletion. Besides, it highlights increasing interests from world powers concerning the Polar region. In the first instance, China has established key partnerships in the region including Norway and Russia. Furthermore, this dissertation pays attention on core issues between these two countries such as fisheries, nuclear safety, relations over the Svalbard Archipelago or even the cross-border cooperation. It will introduce and discuss how both countries have managed their cooperation in a safety area far from global geopolitics dynamics. This bilateral dynamic started in 1993, after the Cold War, through the establishment of the Barents Euro-Arctic Council (BEAC). This intergovernmental organization shaped the regional development in the Northern part of Europe. For 25 years, local stakeholders in the Barents region demonstrated their abilities to mitigate and maintain this original governance. Indeed, the Ukrainian crisis in 2014 and the annexation of Crimea by the Russian Federation opened up a major rift between the Western countries and Russia. In the light of this geopolitical shift, we discuss the resiliency of this bilateral relations as the international system gets volatile and disturbed. Finally, our purpose is to rise new methodical approach in International Relations as Earth System Dynamics (ESD) and Human System Dynamics (HSD) appear to be on a collision course through the XXIst century. In that respect, the relations between Norway and Russia, as energy powerhouses, hold a very specific position. On the one hand, both are a strong energy supplier to the rest of the European continent. On the other hand, as the international system is under an increasing pressure following the Earth System disruption, both countries are trying to set up a sustainable and relevant strategy from that context which may lastly affect their relations.

La thèse traite de recherches numériques et expérimentales sur l’écoulement à traves des conduites circulaires ou des tubes avec une petite entrée et un diamètre de sortie plus grand, parfois appelées élargissement ou divergents. L’écoulement dans un élargissement est globalement stable pour des nombres de Reynolds élevés. Ainsi la simulation numérique de ce type d’écoulement nécessite de grands domaines de calcul contenant la zone de recirculation, qui croît linéairement. En outre, les études expérimentales dans les élargissements brusques indiquent que la transition se produit à des nombres de Reynolds plus faibles que prévue par la théorie linéaire de stabilité. La raison pour cette transition précoce est due à la présence d’imperfections dans le dispositif expérimental, qui agit comme une perturbation d’amplitude finie de l’écoulement. Des simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes ont été réalisées avec deux types différents de perturbations (i) l’inclination et (ii) le vortex. Tout d’abord, la perturbation de type inclinaison, qui est appliqué à l’entrée, crée une zone de recirculation asymétrique, puis se casse pour former une turbulence localisée en aval de l’expansion. Deuxièmement, la perturbation de type vortex, crée des structures qui ressemblent à un mode azimutal d’ordre inférieur, déjà identifié comme une perturbation optimale amplifiée. Il croît en raison de l’instabilité convective, puis forme une tâche de turbulence localisée. Enfin, la corrélation spatiale et la décomposition en modes propres révèlent que cette turbulence localisée obtient son énergie de l’écoulement d’entrée. / The thesis deals with numerical and experimental investigations of flow through circular pipes with smaller inlet and larger outlet diameter, also known as expansion pipes. The hydrodynamic expansion pipe flow is globally stable for high Reynolds number. In order to numerically simulate these types of flows, large computational domains that could accommodate the linearly growing symmetric recirculation region is needed. Moreover, experimental studies of expansion pipe flows indicate that the transition occurs at lower Reynolds number than predicted by the linear stability theory. The reason for early transition is due to the presence of imperfections in the experimental setup, which acts as a finite-amplitude perturbation of the flow. Three-dimensional direct numerical simulations of the Navier-Stokes equations with two different types of perturbations (i) the tilt and (ii) the vortex are investigated. First, the tilt perturbation, which applied at the inlet, creates an asymmetric recirculation region and then breaks to form localised turbulence downstream the expansion section. Second, the vortex perturbation, creates structures that looks like lower order azimuthal mode, resembles an optimally amplified perturbation. It grows due to convective instability mechanism and then breaks to form localised turbulence. Spatial correlation and the proper orthogonal decomposition reveal that this localised turbulence gains it energy from the core flow coming out of the inlet pipe.

Nous étudions la formation et les propriétés des systèmes auto-gravitants à l'aide de simulations numériques à N corps d'effondrements gravitationnels.<br />Nous effectuons dans un premier temps une synthèse des principaux résultats analytiques concernant les équations de Boltzmann sans collisions et de Poisson, qui modélisent les systèmes gravitationnels non collisionnels ainsi que certaines solutions analytiques de ce système couplé d'équations.<br />Nous présentons ensuite les codes de calcul utilisés pour les simulations. Nous avons parallélisé certains de ces codes, nous introduisons donc le calcul parallèle et la bibliothèque d'échange de message MPI.<br />Nous exposons enfin les résultats de nos simulations, et leurs analyses. Nous déduisons de ces analyses divers résultats pouvant expliquer différentes caractéristiques des systèmes auto-gravitants ainsi que les conditions initiales nécessaires au déclenchement des instabilités d'Antonov et d'orbites radiales.

Nous étudions la formation et les propriétés des systèmes auto-gravitants à l'aide de simulations numériques à N corps d'effondrements gravitationnels. Nous effectuons dans un premier temps une synthèse des principaux résultats analytiques concernant les équations de Boltzmann sans collisions et de Poisson, qui modélisent les systèmes gravitationnels non collisionnels ainsi que certaines solutions analytiques de ce système couplé d'équations. Nous présentons ensuite les codes de calcul utilisés pour les simulations. Nous avons parallélisé certains de ces codes, nous introduisons donc le calcul parallèle et la bibliothèque d'échange de message MPI. Nous exposons enfin les résultats de nos simulations, et leurs analyses. Nous déduisons de ces analyses divers résultats pouvant expliquer différentes caractéristiques des systèmes auto-gravitants ainsi que les conditions initiales nécessaires au déclenchement des instabilités d'Antonov et d'orbites radiales.

La nécessité pour les communes du littoral de réguler les usages et le coût fonciers justifie d'évaluer et d'anticiper les effets de la planification urbaine, et notamment du zonage des Plans d'Occupation des Sols (POS), sur les prix immobiliers et fonciers à usage résidentiel. Pour répondre à cet enjeu, deux méthodes ont été mobilisées et appliquées aux communes du Bassin d'Arcachon, site touristique dont les ressources foncières et environnementales sont menacées par de fortes pressions résidentielles. La première, microéconomique, est celle des prix hédonistes. L'estimation bayésienne des modèles hédonistes immobilier et foncier, corrigés de l'autocorrélation spatiale, établit l'existence d'un prix implicite de la distance aux zones des POS et à leurs aménités. Ce prix est positif pour les zones naturelles protégées et négatif pour les zones agricoles, forestières, destinées à la construction future ainsi que celles fortement contraintes par la loi Littoral. La seconde, macroéconomique, s'appuie sur la modélisation originale de la dynamique du système d'occupation du sol urbain dans lequel interagissent la production de logements, l'offre foncière potentielle, l'attractivité résidentielle et les prix de l'immobilier neuf et du foncier. Des scénarios régulant la croissance urbaine ont été simulés : leur effet, pas toujours dépréciatif, sur les prix est conditionné par les caractéristiques des communes et la sévérité des interventions publiques.

Les événements extrêmes sont des phénomènes, souvent considérés catastrophiques, qui se produisent dans la queue d'une distribution généralement en s'écartant d'une décroissance attendue exponentielle. En optique, ces événements ont été étudié dans le contexte des fibres, où ils ont été amplement analysés, comme des vagues scélérates, par analogie bien connue entre l'optique et l'hydrodynamique à travers l'équation de Schroedinger non linéaire. Avec le développement et l'élargissement du domaine, l'étude des événements extrêmes a été étendue à des systèmes dissipatifs avec ou sans degrés spatiaux de liberté.Dans cette thèse on se concentre sur l'étude des événements extrêmes dans trois différents types de systèmes optiques actifs et dissipatifs, présentant chacun un ou deux degrés spatiales de liberté, soit dans le plan transversal (perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière) soit dans la direction de propagation. Des structures localisées de nature différente constituent une solution possible importante dans chacun des systèmes étudiés ; leurs interactions autant que leurs rôles dans la formation des événements extrêmes ont donc été analysés en détails. Dans le premier système, un laser à semiconducteur monolithique (VCSEL) à large surface avec un absorbant saturable, on présente la formation d'événements extrêmes dans le plan transversal à deux dimensions de l'intensité du champ électrique. En particulier, on met en évidence la liaison entre ces objets et les solitons de cavité, soit stationnaires soit oscillatoires, aussi présents dans le système. Dans le deuxième système, un laser multimodal spatialement étendu dans la direction de propagation avec injection optique, on analyse l'interaction et la fusion des solitons de phase, des structures localisées qui se propagent dans la cavité en transportant une rotation de phase de 2π. Les événements extrêmes ont été étudié dans deux configurations : une première où ils émergent de la collision des solitons de phase avec des autres structures transitoires transportant une charge chirale négative, et une deuxième où des événements d'intensité élevée émergent d'un régime instable de motif en rouleau où les solitons de cavité ne sont pas des solutions stables. Dans les deux systèmes, on examine le rôle de la chiralité dans la formation des événements extrêmes. Dans le troisième système, un laser à semi-conducteur avec injection optique, on étudie dans les détails l'interaction des solitons de cavité dans le plan transversal, décrits comme deux particules soumises à un potentiel d'interaction décroissant exponentiellement avec la distance entre les deux objets : une analogie possible avec les matériaux hydrophobes a été proposée. Des résultats préliminaires présentant des événements extrêmes spatiotemporels dans ce système sont aussi donnés. / Extreme events are phenomena, often considered as catastrophic, that occur in the tail of a distribution usually deviating from an expected, exponential decay. In optics, these events were first studied in the context of fibers, where they have been extensively analyzed, as optical rogue waves, in light of the well known analogy between optics and hydrodynamics, through the nonlinear Schroedinger equation. With the development and the broadening of the field, extreme events have been also studied in dissipative optical systems with or without spatial degrees of freedom. In this Thesis we focused on the study of extreme events in three different active and dissipative optical systems, each presenting one or two spatial degrees of freedom, either in the transverse plane, perpendicular to the direction of propagation of light, or in the propagation direction. Localized structures of different nature represent an important possible solution in each one of the systems here studied, hence their interaction and the role played in the formation of extreme events have been also investigated into details. In the first system, a monolithic broad-area semiconductor laser (VCSEL) with an intracavity saturable absorber, we report on the occurrence of extreme events in the 2D transverse plane of the electric field intensity. In particular we highlight the connection between these objects and cavity solitons, both stationary and oscillatory, also present in the system. In the second system, a highly multimode laser with optical injection spatially extended along the propagation direction, we analyze the interaction and merging of phase solitons, localized structures propagating along the cavity carrying a 2π phase rotation. Extreme events have been investigated in two configurations: a first one where they emerge from the collision of phase solitons with other transient structures carrying a negative chiral charge, and a second one where high-peak events emerge from an unstable roll regime where phase solitons are not a stable solution. In both these systems we investigate the role of chirality in the extreme event formation. In the third system, a broad-area semiconductor laser (VCSEL) with optical injection, we study into details the interaction of cavity solitons in the transverse plane, described as two particles subjected to an interaction potential exponentially decreasing with the distance between the two objects: a possible analogy with hydrophobic materials is here suggested. Some preliminary results showing spatiotemporal extreme events in this system are also given.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente tout d'abord au chapitre 1 une vue globale et synthétique de mes activités depuis ma prise de poste en septembre 1998. Le chapitre 2, « Bilan des activités depuis la prise de poste », détaille le contenu de ma recherche, de mon enseignement et des responsabilités administratives. Il tente de mettre en évidence les liens forts de mes activités de recherche à celles d'enseignement. Le chapitre 3, « Développement des activités de recherche », présente de manière approfondie et technique les principaux travaux de recherche menés durant cette période. Il montre comment ces travaux ont évolué progressivement d'un contexte « post doctoral » sur des sujets en continuité de celui de ma thèse de doctorat vers une volonté d'animer un axe de recherche en proposant de nouveaux sujets au sein du laboratoire. La transition s'est effectuée par l'appropriation de l'axe de recherche en question. Le chapitre 4, « Conclusion et perspectives », présente un bilan général de l'évolution de mes activités de recherche et les met en perspectives à travers un certain nombre de propositions que je souhaite développer à l'avenir. Enfin, trois annexes récapitulent mes productions scientifiques, ma participation à la communauté et mon activité contractuelle, et finalement les textes des productions jugées les plus significatives par rapport à mes activités de recherche. Cette dernière annexe est fournie dans un document séparé pour en faciliter sa lecture.

Ce travail a pour objectif d'identifier et de modéliser les mécanismes physico-chimiques régissant les écoulements d'eau et les transferts de solutés dans un milieu poreux consolidé fissuré.<br />Un dispositif expérimental original a été mis en place, où un milieu fissuré modèle est reproduit en empilant des cubes poreux consolidés de 5 cm de côté : le « cube ». En parallèle, des études sont menées sur des colonnes du milieu poreux consolidé homogène. La même technique de traçage anionique est utilisée dans les deux cas. Selon une approche de dynamique des systèmes, on sollicite le dispositif avec des créneaux de concentration en traceur, pour obtenir des courbes de percée. Après avoir identifié bilan de masse et temps de séjour, nous avons calé les modèles CD et MIM sur les données expérimentales. <br />Le modèle MIM permet de reproduire les courbes expérimentales sur le milieu poreux consolidé homogène de façon plus satisfaisante que le modèle CD. On obtient une fraction d'eau mobile en cohérence avec la géométrie du milieu poreux. L'étude de l'influence de la vitesse de l'écoulement met en évidence un régime de dispersion d'interférence. L'influence de la longueur d'observation n'a pas pu être mise en évidence dans ce cas.<br />Nous avons par contre mis en évidence un effet de l'échelle d'observation sur le milieu poreux et fissuré en comparant les résultats obtenus sur un petit « cube » et un grand « cube ». Le modèle CD n'est pas satisfaisant dans ce cas. Si le modèle MIM permet de reproduire les courbes de percée expérimentales, il n'a pas été possible de caler des paramètres uniques pour toutes les expériences.

La gestion de l'eau peut être un domaine complexe, incertain et conflictuel. Dans différentes régions du monde il se confronte à de nombreux problèmes, tel que la disparité des intérêts liés à la ressource de l’eau, plusieurs décideurs, des réseaux administratives complexes, la distribution d'eau inefficace, divers événements socio-politiques et le changement climatique. Par conséquent, la prise de décision a lieu dans un système fortement interconnecté, dans lequel ni les ramifications décisionnels ni la complexité de ses impacts peuvent être négligés. Dans la région des Pouilles, la rareté de l'eau est le principal problème croissant qui touche les communautés humaines et plus qu’humaines.La pénurie d'eau génère la nécessité d'améliorer les processus décisionnels collaboratifs avec agents multiples. Les chercheurs suggèrent que la «tragédie des communs» pourrait être évitée si une ressource partagée était gérée de manière collective. Cela nécessite le développement d'outils dynamiques d’aide à la décision. Ceux-ci devraient être capables d'intégrer les différents cadres de problèmes détenues par les décideurs, de clarifier les différences entre les cadres, de soutenir la création d'un processus collaboratif pour la structuration d’un problème et de fournir des plates-formes communes et des espaces d'interaction.À cet égard, nous avons construit un espace d'interaction dynamique (DIS), mettant en évidence les points critiques opératoires et permettant aux analystes d'identifier une définition commune du problème. Les nouveaux défis de la collecte et de l'échange de connaissances et de la représentation des concepts structurés peuvent être résolus par une approche combinée. Les systèmes multi-agents joints aux systèmes dynamiques pourraient fournir des alternatives non conventionnelles qui utilisent des composants physiques et sociales, avec une attention particulière sur les comportements individuels et collectifs dans la gestion des ressources avec plusieurs décideurs.Dans notre étude de cas, le modèle a été utilisé comme une plate-forme pour la modélisation des organisations multi-agents, afin de soutenir la prise de décision collective dans la gestion de l'eau. Le modèle est capable de représenter un système de gestion de l'eau distribuée complexe, où les comportements simulés sont basées sur des observations sur le terrain et sur la participation des parties prenantes. De plus, l'approche de système multi-agents permet l'interaction et la formalisation des comportements des usagers de l'eau dans le processus de gestion. Une modélisation type systèmes dynamiques dans un environnement d'interaction entre agents de décision, nous permet d’intégrer explicitement les différents cadres et de simuler les interactions lors de l'adoption d'une nouvelle politique. Le modèle peut montrer comment la compréhension limitée de l'espace d'interaction affecte les actions suivies par chacun des décideurs et, enfin, comment elle pourrait conduire à des mécanismes de résistance systémique. En conclusion, le résultat est l’image la plus riche possible de la situation du problème existant, qui traite de la gestion de l'eau d'irrigation dans les systèmes agricoles. / Water resource management can be a complex, uncertain and conflictual domain. It faces numerous problems in many regions of the world, such as the disparity of interests associated with the water resource, multiple decision makers, complex networks of administration, inoperative water distribution, various socio-political events and climate change. Consequently, environmental decision-making takes place in a highly interconnected system, in which neither the decisional ramifications nor the complexity of its impacts can be neglected. In the Apulia Region, water scarcity is the main rising problem and is affecting human and more-than-human communities.Water scarcity generates the need to enhance collaborative multi-agent decision-making processes. Researchers suggest that the “tragedy of commons” could be avoided when a shared resource is at stake, provided that communities interact and operate in a collective way and avoid, for example, the market rules constraints. This requires the development of dynamic decision-aiding tools. They should be capable to integrate the different problem frames held by the decision makers, to clarify the differences among those frames, to support the creation of a collaborative problem structuring process and to provide shared platforms and interaction spaces.In this regard, we built a dynamic interaction space (DIS), highlighting the operative criticalities and allowing the analysts to identify a shared problem definition. The emerging issues of gathering and exchanging knowledge and representing structured concepts can be solved through a combined approach. Multi-agent systems joined with system dynamics can provide unconventional alternatives that use physical and social components, with a particular focus on individual and collective behaviours in resource management with multiple decision makers.In our case study, the model was used as a platform for modelling multi-agent organizations, in order to support collective decision-making in water management. The model is capable of representing a distributed complex water management system, where simulated behaviours are based on field observations and on the participation of stakeholders. What is more, the multi–agent system approach enables the interaction and allows to formalize theIrene Pluchinotta – “Multi-Agent Modelling For Distributed Intelligent Decision In Water Management”iibehaviours of water users in the management process. A system dynamics modelling in an environment of interacting decision agents, allows us to explicitly consider the different frames and to simulate interactions when adopting a new policy. The model can showcase how the limited understanding of the interaction space affects the actions followed by each decision-makers and, finally, how it could lead to policy resistance mechanisms. In conclusion, the result is the richest possible picture of the existing problem situation that deals with irrigation water management in agricultural systems.

Nous nous intéressons à la conception des mains mécaniques anthropomorphes destinées à manipuler des objets dans un environnement humain. Via l'analyse du mouvement de sujets humains lors d'une tâche de manipulation de référence, nous proposons une méthode pour évaluer la capacité des mains robotiques à manipuler les objets. Nous montrons comment les rapports de couplage angulaires entre les articulations et les limites articulaires, influent sur l'aptitude à manipuler dynamiquement des objets. Nous montrons également l'impact du poignet sur les tâches de manipulation rapides. Nous proposons une stratégie pour calculer les forces de manipulation en bout de doigts et dimensionner les moteurs d'un tel préhenseur. La méthode proposée est dépendante de la tâche visée et s'adapte à tout type de mouvement dès lors qu'il peut être capturé et analysé. Dans une deuxième partie, consacrée aux robots manipulateurs, nous élaborons des algorithmes de commande optimale. En considérant l'énergie cinétique du robot comme une métrique, le modèle dynamique est formulé sous forme tensorielle dans le cadre de la géométrie Riemannienne. La discrétisation temporelle est basée sur les Éléments Finis d'Hermite. Nous intégrons les équations de Lagrange du mouvement par une méthode de perturbation. Des exemples de simulation illustrent la superconvergence de la technique d'Hermite. Le critère de contrôle est choisi indépendant des paramètres de configuration. Les équations de la commande associées aux équations du mouvement se révèlent covariantes. La méthode de commande optimale proposée consiste à minimiser la fonction objective correspondant au critère invariant sélectionné. / We focus on the design of anthropomorphous mechanical hands destined to manipulate objects in a human environment. Via the motion analysis of a reference manipulation task performed by human subjects, we propose a method to evaluate a robotic hand manipulation capacities. We demonstrate how the angular coupling between the fingers joints and the angular limits affect the hands potential to manipulate objects. We also show the influence of the wrist motions on the manipulation task. We propose a strategy to calculate the fingertip manipulation forces and dimension the fingers motors. In a second part devoted to articulated robots, we elaborate optimal control algorithms. Regarding the kinetic energy of the robot as a metric, the dynamic model is formulated tensorially in the framework of Riemannian geometry. The time discretization is based on the Hermite Finite Elements.A time integration algorithm is designed by implementing a perturbation method of the Lagrange's motion equations. Simulation examples illustrate the superconvergence of the Hermite's technique. The control criterion is selected to be coordinate free. The control equations associated with the motion equations reveal to be covariant. The suggested control method consists in minimizing the objective function corresponding to the selected invariant criterion.