De nombreuses applications de communication numériques font face à des canaux de transmission sélectifs en temps et en fréquence que nous pouvons assimiler à des systèmes linéaires variants dans le temps. À travers ces travaux de thèse, nous montrons que les modulations multiporteuses suréchantillonnées constituent une technique de transmission adaptée à ce type d'environnement. Cependant, la complexité algorithmique des émetteurs-récepteurs présentent un frein majeur à leur adoption. Fort de ce constat, nous nous intéressons à la sous-famille des modulations multiporteuses suréchantillonnées à filtres courts (WCP-OFDM), dont la complexité algorithmique est comparable à celle de l'OFDM avec préfixe cyclique. Après avoir exprimé les conditions de reconstructions parfaites, nous développons des égaliseurs de faible complexité et étudions la problématique du rapport de puissance crête sur puissance moyenne du signal en sortie d'émetteur. Enfin, nous analysons les performances de ces modulations à travers plusieurs scénarios de propagation radiomobiles. Les résultats de simulation confirment l'intérêt du WCP-OFDM, associé à des filtres prototypes bien localisés en temps et en fréquence pour faire face aux canaux doublement sélectifs. / Many digital communication applications are facing time and frequency selective channels that can be modelled by linear time-variant systems. Through this thesis work, we show that oversampled multicarrier modulations provide a suitable transmission technique for such an environment. However, the complexity of the transmitter-receiver remains a major obstacle for their adoption. Based on this observation, we focus on the sub-family of oversampled multicarrier modulation with short filters (WCP-OFDM), whose complexity is similar to cylic prefix OFDM. After introducing the perfect reconstruction conditions, we develop low-complexity equalizers and we study the peak-to-average power ratio issue at the output of the transmitter. Finally, we evaluate the performances of these moduations over several mobile radio propagation scenarios. Simulation results confirm the benefits of WCP-OFDM, with time-frequency localized prototypes filters, over doubly selective channels.

L’objectif de ces travaux est le développement en technologie intégrée standard d’une topologiede ligne de propagation optimisée en termes de pertes, d’encombrement et de facteur de qualitéaux fréquences millimétriques. Cette topologie nommée S-CPW (Shielded CoPlanarWaveguide) utilise le phénomène d’ondes lentes afin de miniaturiser longitudinalement la ligned’un facteur compris entre 1,3 et 3,2 par rapport à des topologies classiques. Disposantégalement de faibles pertes, les lignes développées présentent un facteur de qualité élevé parfoissupérieur à 40, à 60 GHz. A partir de l’étude du champ électromagnétique dans la structure, unmodèle électrique a été développé. C’est le premier modèle dans la littérature prenant en compteles pertes dans ce type de guide d’onde. Plusieurs dispositifs passifs intégrés réalisés avec deslignes S-CPW dans différentes technologies CMOS ont été caractérisés jusqu’à 110GHz. Lacompacité et les faibles pertes d’insertion obtenues pour la mesure de filtres à stubs et dediviseurs de puissance permettent de réussir l’intégration de circuits passifs compacts entechnologie microélectronique CMOS standard aux fréquences millimétriques. / This work focuses on high-performance S-CPW (Shielded CoPlanar Waveguide) transmissionlines in classical CMOS integrated technologies for the millimeter-wave frequency band.Thanks to an important slow-wave phenomenon, the physical length of S-CPW decreases by afactor from 1.3 to 3.2 compared with classical transmission lines. Presenting also lowattenuation loss, the developed transmission lines show very high quality factor (higher than 40at 60 GHz). The precise study of the electromagnetism field leads to an electrical model forS-CPWs. This is the first model that takes the losses in this topology into account. Then, somebasic passive circuits designed with S-CPWs and characterized up to 110 GHz are presented invarious CMOS technologies. The low insertion losses and relative low surfaces of a powerdivider and a passband filter show the great interest of S-CPW to integrate compact passivecircuits in classical CMOS technologies at millimeter-wave frequencies.

Grâce à leur capacité de faire face à la sélectivité fréquentielle des canaux de transmission, les modulations multi-porteuses (MC) attirent de plus en plus d’attention. De nos jours, la modulation OFDM avec le préfixe cyclique (CP) est la plus utilisée, et cela grâce à sa simplicité et à sa robustesse. Cependant, la technique CP-OFDM présente une perte dans l’efficacité spectrale à cause de l’introduction du CP puisqu’il contient des informations redondantes. De plus, la réponse rectangulaire du filtre de mise en forme utilisé en OFDM a une mauvaise localisation fréquentielle. Afin de surmonter ces inconvénients, la modulation multi-porteuse à base des bancs de filtres (FBMC) a été proposée en tant qu’une approche alternative à la modulation OFDM. En effet, on n’a pas besoin d’insérer un intervalle de garde, tel que le CP, dans la modulation FBMC. D’autre part, la bonne localisation fréquentielle de la réponse du filtre de mise en forme permet un meilleur contrôle de la radiation hors-bande du système. Dans la littérature, on trouve plusieurs types de la modulations FBMC basés sur différentes structures. Dans cette thèse, nous ne nous intéressons que sur le schéma de Saltzberg appelé OFDM/OQAM ou FBMC/OQAM. Dans ce schéma, les symboles envoyés sur chaque sous-porteuse sont tirés d’une constellation PAM réelle, et les symboles réels sont envoyés à une cadence de 2/T . La condition d’orthogonalité est réduite sur l’ensemble des réels uniquement. En conséquence, le symbole démodulé et égalisé est infecté par un terme d’interférence purement imaginaire. Ce terme d’interférence est une combinaison linaire des symboles transmis dans le voisinage du symbole concerné. La présence de cette interférence inhérente cause des difficultés de détection dans certains schéma multi-antennes (MIMO).L’objectif de cette thèse est d’étudier l’association de la modulation FBMC aux techniques MIMO, à savoir le multiplexage spatiale avec détection de maximum de vraisemblance (ML). Dans un premier temps, nous proposons d’analyser différentes techniques d’annulation d’interférence que nous adaptons au contexte de MIMO-FBMC. Nous montrons que, dans certains cas, nous pouvons bien retirer l’interférence et appliquer la détection ML. Ensuite, nous proposons d’apporter une légère modification dans la modulation FBMC en transmettant des symbole QAM complexes. Évidement, cela brise la condition d’orthogonalité mais nous montrons qu’ainsi la puissance d’interférence sera considérablement réduite. Enfin, nous introduisons un nouveau schéma basé sur la modulation FBMC. Ce schéma, que nous avons baptisé FFT-FBMC, transforme le modèle du système à un modèle équivalent à celui de l’OFDM. Ainsi, n’importe quelle technique multi-antennes pourra être appliquée sans aucune difficulté. D’abord, nous développons le système FFT-FBMC dans un contexte SISO, et puis nous évaluons ces performances dans le contexte MIMO. / Multicarrier (MC) Modulation attracts a lot of attention for high speed wireless transmissions because of its capability to cope with frequency selective fading channels turning the wideband transmission link into several narrowband subchannels whose equalization, in some situations, can be performed independently and in a simple manner. Nowadays, orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) with the cyclic prefix (CP) insertion is the most widespread modulation among all MC modulations, and this thanks to its simplicity and its robustness against multipath fading using the cyclic prefix. Systems or standards such as ADSL or IEEE802.11a have already implemented the CP-OFDM modulation. Other standards like IEEE802.11n combine CP-OFDM and multiple-input multiple-output (MIMO) in order to increase the bit rate and to provide a better use of the channel spatial diversity. Nevertheless, CP-OFDM technique causes a loss of spectral efficiency due to the CP as it contains redundant information. Moreover, the rectangular prototype filter used in CP-OFDM has a poor frequency localization. This poor frequency localization makes it difficult for CP-OFDM systems to respect stringent specifications of spectrum masks.To overcome these drawbacks, filter-bank multicarrier (FBMC) was proposed as an alternative approach to CP-OFDM. Indeed, FBMC does not need any CP, and it furthermore offers the possibility to use different time-frequency well-localized prototype filters which allow much better control of the out-of-band emission. In the literature we find several FBMC systems based on different structures. In this thesis, we focus on the Saltzberg’s scheme called OFDM/OQAM (or FBMC/OQAM). The orthogonality constraint for FBMC/OQAM is relaxed being limited only to the real field while for OFDM it has to be satisfied in the complex field. Consequently, one of the characteristics of FBMC/OQAM is that the demodulated transmitted symbols are accompanied by interference terms caused by the neighboring transmitted data in time-frequency domain. The presence of this interference is an issue for some MIMO schemes and until today their combination with FBMC remains an open problem.The aim of this thesis is to study the combination between FBMC and MIMO techniques, namely spatial multiplexing with ML detection. In the first part, we propose to analyze different intersymbol interference (ISI) cancellation techniques that we adapt to the FBMC/OQAM with MIMO context. We show that, in some cases, we can cope with the presence of the inherent FBMC interference and overcome the difficulties of performing ML detection in spatial multiplexing with FBMC/OQAM. After that, we propose a modification in the conventional FBMC/OQAM modulation by transmitting complex QAM symbols instead of OQAM ones. This proposal allows to reduce considerably the inherent interference but at the expense of the orthogonality condition. Indeed, in the proposed FBMC/QAM,the data symbol and the inherent interference term are both complex. Finally, we introduce a novel FBMC scheme and a transmission strategy in order to avoid the inherent interference terms. This proposed scheme (that we call FFT-FBMC) transforms the FBMC system into an equivalent system formulated as OFDM regardless of some residual interference. Thus, any OFDM transmission technique can be performed straightforwardly to the proposed FBMC scheme with a corresponding complexity growth. We develop the FFT-FBMC in the case of single-input single-output (SISO) configuration. Then, we extend its application to SM-MIMO configuration with ML detection and Alamouti coding scheme.

Pour les systèmes de communication par satellite, des filtres avec de très bonnes performances électriques sont indispensables afin de rejeter les signaux indésirables dans de nombreuses parties de la chaîne de communication. Les technologies fort-Q peuvent répondre à cette exigence mais elles conduisent souvent à des dispositifs encombrants. D'autre part, les technologies compactes faible-Q souffrent généralement d'une dégradation des performances électriques en termes de pertes d'insertion, de sélectivité et de platitude. Pour répondre à une demande croissante concernant la réduction de la taille, il est essentiel de développer des filtres hyperfréquences compacts avec des performances électriques améliorées.Pour le filtre de réception, le défi est de concevoir un filtre passe-bande compact avec une réponse plate dans la bande passante et une forte réjection hors bande. Les pertes d'insertion ne sont pas cruciales et peuvent être compensées par un amplificateur en laissant ainsi un espace pour la conception de filtre à pertes. Un tel filtre accepte des pertes supplémentaires, qui peuvent être distribués dans le réseau afin de fournir une transmission plate dans la bande passante et une forte sélectivité hors bande.Dans le cadre de cette thèse, des nouvelles méthodes de synthèse de dispositifs de filtrage ont été étudiées et développées dans le but d’améliorer les performances tout en conservant un encombrement réduit. Ces méthodes ont été validées pour la conception de filtres de récepteur dans la charge utile de satellites de télécommunication dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire Xlim, le Centre National d’Etudes Spatiales et Thales Alenia Space. / For satellite communication systems, high performance filters are needed in order to reject unwanted signals in many parts of the communication chain. High quality factor (Q) technologies can meet this requirement, but they often lead to bulky devices. On the other hand, compact technologies are generally low Q and suffer from a degradation of electrical performances in terms of insertion loss, selectivity and flatness. To meet a growing demand concerning size reduction, it is essential to develop compact microwave filters with improved electrical performances.For a receive filter, the challenge is to design a compact bandpass filter with a flat response in the passband and a sharp transition in the passband edges. The insertion loss is not crucial and it can be compensated by the amplifier, leaving a room to the design of a lossy filter. Such a filter accepts additional losses, which can be distributed in the network in order to provide a flat transmission in the passband and a sharp selectivity.In this thesis, new synthesis methods for filtering devices have been studied and developed to improve performances while maintaining a small footprint. These methods have been validated for the design of filters for a receiver in payload satellites as part of collaboration between the Xlim laboratory, the France National Space Centre and Thales Alenia Space.

Au Burkina Faso, l’un des soucis majeurs demeure la gestion des eaux usées et excréta. Dans l’optique de trouver une alternative à l’assainissement autonome (assainissement non collectif), des technologies biologiques rustiques par cultures fixées sur supports fins, destinées aux petites et moyennes collectivités ont été expérimentées. Le premier volet du travail expérimental à consister à évaluer les performances comparées du sable et des fibres de coco en traitement d’eaux résiduaires urbaines après un processus anaérobie par lagunage. Dans une deuxième étape, ont été évaluées les performances épuratoires de filtres plantés de Andropogon gayanus Kunth et Chrysopogon nigritana (Benth) Veldkamp deux poaceae des zones tropicales. Les abattements moyens d’élimination de la pollution biodégradable sont respectivement de 99% et 98% à la sortie du filtre à sable et de celui de substrat de coco. Cependant, il y a une DCO ajoutée due à l’extraction de composés phénoliques du substrat de coco qui occulte les performances réelles de ce support de culture. Toutefois, en l’absence d’une bonne nitrification au sein du massif de substrat de coco, contrairement au sable, nous avons relevé une élimination de l’azote sous forme d’ammonium avec un rendement de 75%. Par ailleurs, ce matériau végétal par sa structure très poreuse a montré une plus grande capacité à éliminer les sels minéraux comparativement au sable. Quant aux filtres plantés de Andropogon gayanus et Chrysopogon nigritana, si les deux pilotes ont assuré des abattements de plus de 97% de la DBO5, le premier a assuré un prélèvement plus important des nutriments (N et P). / In Burkina Faso, wastewater and excreta management in the urban and rural areas remains a big concern. In order to find an alternative to on-site sanitation by the exclusive use of excreta collecting system without treatment, extensive biological processes of wastewater treatment have been experimented. At first, the comparative performances of two materials (sand and coconut fibers) were evaluated in wastewater treatment. An anaerobic pond served as the primary treatment. Then in a second step, Andropogon gayanus Kunth and Chrysopogon nigritana (Benth) Veldkamp, two tropical Poaceae, were used to treat municipal wastewater by constructed wetlands. As results, average yields of eliminating biodegradable pollution were respectively 99% and 98% for the sand filter and the coconut fibers. However, there is an added COD due to the extraction of phenolic compounds contained in the coconut fibers. This masks the real performance of this material on the COD removal. Moreover, without good nitrification in coconut substrate, a removal of nitrogen in ammonium form with a yield of 75% was founded. Thanks to its very porous structure, coconut fibers showed a greater ability to remove minerals compared to sand. The two constructed wetlands have shown good removal efficiencies of organic pollution with values above 97% of BOD5. This was enhanced by the alternating phases of feeding and resting. For nutrients, the filter planted with Andropogon gayanus provided an important removal of N and P. Chrysopogon nigritana showed the drought resistance to evapotranspiration.

Cette thèse cherche à déterminer l’influence de l’environnement abiotique sur la structure des assemblages de poissons dans les estuaires européens tidaux à partir d’une approche macroécologique. L’environnement abiotique de 135 estuaires, du Portugal à l’Ecosse, est caractérisé par une quinzaine de descripteurs en utilisant une approche écohydrologique. Les assemblages de poissons d’une centaine d’estuaires sont caractérisés par les données de pêche acquises au cours de campagnes scientifiques conduites dans le cadre de la Directive-Cadre européenne sur l’Eau (DCE). Néanmoins, ces données sont souvent hétérogènes du fait des différences entre les protocoles d’échantillonnage utilisés. Afin de limiter cette hétérogénéité, une sélection rigoureuse et une procédure de standardisation des données ont été effectuées. Les assemblages de poissons sont décrits à l’aide d’indices globaux ou fonctionnels relatifs à la richesse spécifique et à l’abondance. A l’aide de modèles linéaires généralisés, des relations sont établies entre des attributs de l’ichtyofaune et des gradients abiotiques à large échelle et au sein de l’estuaire. La richesse spécifique totale, et en particulier celle des espèces marines et migratrices amphihalines, augmente avec la taille de l’estuaire. De plus, elle apparaît plus élevée dans les estuaires associés à un large plateau continental. Les plus fortes densités totales et, en particulier, celles des espèces résidentes et marines, sont associées aux estuaires présentant une grande proportion en zones intertidales. Les assemblages de poissons estuariens apparaissent fortement structurés par le gradient de salinité à la fois en termes de richesse spécifique et de densité. En parallèle, cette thèse apporte des éléments témoignant d’un décalage vers le Nord de plusieurs espèces de poissons estuariens dans le contexte du réchauffement climatique global. Les résultats de cette thèse contribueront à l’amélioration des indicateurs biotiques basés sur l’ichtyofaune qui sont actuellement développés dans le contexte de la DCE. / Based on a macroecological approach, this thesis aims at determining the influence of the abiotic environment on the structure of fish assemblages among European tidal estuaries. The abiotic environment of 135 North-Eastern Atlantic estuaries from Portugal to Scotland was characterised by fifteen descriptors using an ecohydrological approach. The fish assemblages of about a hundred estuaries were characterised by fish data collected during scientific surveys conducted in the context of the European Water Framework Directive (WFD). Nonetheless, differences among sampling protocols resulted in highly heterogeneous datasets. To limit this heterogeneity, a rigorous selections and standardisation processes were carried out. Fish assemblages were described by total or functional indices related to species richness or abundance. Relationships were identified between large-scale and intra-estuarine abiotic gradients and fish attributes by fitting generalised linear models. Results showed that the total number of species, and more especially of marine and diadromous species, increased with the estuary size. Moreover, the total species richness appeared higher in estuaries associated to a wide continental shelf. The greatest total densities, and more particularly total densities of resident and marine species, were associated to estuaries with a great proportion of intertidal areas. Fish assemblages appeared also strongly structured by the salinity gradient in terms of both species richness and density. Furthermore, this thesis brought some evidence of northward migration of estuarine fish species in the context of the global warming. The results of this thesis will contribute to improve the fish indicators that are currently developed in the context of the European WFD.

Le domaine des couches minces optiques a vu les fonctions de filtrage se complexifier et les techniques de dépôt se perfectionner. Cependant, certains filtres requièrent des performances ultimes notamment en termes d’uniformité et de centrage de leur réponse spectrale. Atteindre ces spécificités requiert un contrôle précis de l'épaisseur optique des couches de l’empilement. Pour se faire, l’utilisation d’un matériau dont l’indice de réfraction peut être modifié localement après dépôt est une solution. Le candidat retenu est un verre de chalcogénures : l’AMTIR-1, un verre commercial, dont l’indice de réfraction décroit sous l’action d’un champ électrique lumineux. Des couches minces de ce matériau ont été déposées par évaporation par canon à électrons et leurs propriétés optiques ont été caractérisées par mesures spectrophotométriques. Des variations d’indice photo-induites de ~4.10-2 ont été enregistrées à λ = 1 μm. Ces variations d’indice ont ensuite été exploitées pour concevoir des composants à base de couches minces optiques spatialement structurés. En particulier, des composants optiques diffractifs binaires ont été enregistrés dans le volume d’une monocouche épaisse de chalcogénure par exposition structurée. Un accord quasi parfait entre théorie et expérience a ainsi été obtenu. L’insertion de ces couches photosensibles à base de chalcogénures dans des filtres optiques interférentiels multicouches a également été investiguée. Une démonstration du contrôle local de la réponse spectrale d’un filtre passe-bande de type Fabry-Perot a été réalisée, démontrant ainsi le potentiel de cette nouvelle approche pour la réalisation de composants optiques optimisés. / In recent years, there has been a tremendous progress in the complexity of thin film optical filters but also an important improvement in the deposition techniques. However, some filters require ultimate performances especially in terms of uniformity and absolute position of their spectral responses. Achieving these characteristics requires a precise and local control of the optical thickness of each of the layers. To overcome some of these fabrication constraints, the use of a material which index of refraction or thickness can be locally changed after deposition is an attractive solution. The chosen material is a chalcogenide glass : AMTIR-1, a commercial glass which refractive index decreases when exposed to light source. Thin films of this material were deposited by electron beam deposition and optical properties were characterized by spectrophotometric measurements. Photo-induced refractive index changes of ~ 4.10-2 were recorded at λ = 1 μm. These refractive index variations were then used to fabricate spatially structured thin films. In particular, diffractive optical elements were recorded in the volume of a thick chalcogenide single layer. This is performed by structured exposure using an optical arrangement based on a digital micromirror device. A close to perfect agreement between theory and experiment has been obtained. The insertion of these chalcogenide-based photosensitive layers in multilayer optical interference filters has also been investigated. A demonstration of the local control of the spectral response of a Fabry-Perot bandpass filter was performed, demonstrating the potential of this new approach for the production of optimized optical components

Cette thèse étudie la problématique de l’indexation et de la recherche dans les tables de hachage distribuées –Distributed Hash Table (DHT). Elle propose un système de stockage distribué des résumés de documents en se basant sur leur contenu. Concrètement, la thèse utilise les Filtre de Blooms (FBs) pour représenter les résumés de documents et propose une méthode efficace d’insertion et de récupération des documents représentés par des FBs dans un index distribué sur une DHT. Le stockage basé sur contenu présente un double avantage, il permet de regrouper les documents similaires afin de les retrouver plus rapidement et en même temps, il permet de retrouver les documents en faisant des recherches par mots-clés en utilisant un FB. Cependant, la résolution d’une requête par mots-clés représentée par un filtre de Bloom constitue une opération complexe, il faut un mécanisme de localisation des filtres de Bloom de la descendance qui représentent des documents stockés dans la DHT. Ainsi, la thèse propose dans un deuxième temps, deux index de filtres de Bloom distribués sur des DHTs. Le premier système d’index proposé combine les principes d’indexation basée sur contenu et de listes inversées et répond à la problématique liée à la grande quantité de données stockée au niveau des index basés sur contenu. En effet, avec l’utilisation des filtres de Bloom de grande longueur, notre solution permet de stocker les documents sur un plus grand nombre de serveurs et de les indexer en utilisant moins d’espace. Ensuite, la thèse propose un deuxième système d’index qui supporte efficacement le traitement des requêtes de sur-ensembles (des requêtes par mots-clés) en utilisant un arbre de préfixes. Cette dernière solution exploite la distribution des données et propose une fonction de répartition paramétrable permettant d’indexer les documents avec un arbre binaire équilibré. De cette manière, les documents sont répartis efficacement sur les serveurs d’indexation. En outre, la thèse propose dans la troisième solution, une méthode efficace de localisation des documents contenant un ensemble de mots-clés donnés. Comparé aux solutions de même catégorie, cette dernière solution permet d’effectuer des recherches de sur-ensembles en un moindre coût et constitue est une base solide pour la recherche de sur-ensembles sur les systèmes d’index construits au-dessus des DHTs. Enfin, la thèse propose le prototype d’un système pair-à-pair pour l’indexation de contenus et la recherche par mots-clés. Ce prototype, prêt à être déployé dans un environnement réel, est expérimenté dans l’environnement de simulation peersim qui a permis de mesurer les performances théoriques des algorithmes développés tout au long de la thèse. / This thesis examines the problem of indexing and searching in Distributed Hash Table (DHT). It provides a distributed system for storing document summaries based on their content. Concretely, the thesis uses Bloom filters (BF) to represent document summaries and proposes an efficient method for inserting and retrieving documents represented by BFs in an index distributed on a DHT. Content-based storage has a dual advantage. It allows to group similar documents together and to find and retrieve them more quickly at the same by using Bloom filters for keywords searches. However, processing a keyword query represented by a Bloom filter is a difficult operation and requires a mechanism to locate the Bloom filters that represent documents stored in the DHT. Thus, the thesis proposes in a second time, two Bloom filters indexes schemes distributed on DHT. The first proposed index system combines the principles of content-based indexing and inverted lists and addresses the issue of the large amount of data stored by content-based indexes. Indeed, by using Bloom filters with long length, this solution allows to store documents on a large number of servers and to index them using less space. Next, the thesis proposes a second index system that efficiently supports superset queries processing (keywords-queries) using a prefix tree. This solution exploits the distribution of the data and proposes a configurable distribution function that allow to index documents with a balanced binary tree. In this way, documents are distributed efficiently on indexing servers. In addition, the thesis proposes in the third solution, an efficient method for locating documents containing a set of keywords. Compared to solutions of the same category, the latter solution makes it possible to perform subset searches at a lower cost and can be considered as a solid foundation for supersets queries processing on over-dht index systems. Finally, the thesis proposes a prototype of a peer-to-peer system for indexing content and searching by keywords. This prototype, ready to be deployed in a real environment, is experimented with peersim that allowed to measure the theoretical performances of the algorithms developed throughout the thesis.

La simulation aux grandes échelles est devenue un outil d’analyse incontournable pour l’étude des écoulements turbulents dans des géométries complexes. Cependant, à cause de l’augmentation constante des ressources de calcul, le traitement des grandes quantités de données générées par les simulations hautement résolues est devenu un véritable défi qu’il n’est plus possible de relever avec des outils traditionnels. En mécanique des fluides numérique, cette problématique émergente soulève les mêmes questions que celles communément rencontrées en informatique avec des données massives. A ce sujet, certaines méthodes ont déjà été développées telles que le partitionnement et l’ordonnancement des données ou bien encore le traitement en parallèle mais restent insuffisantes pour les simulations numériques modernes. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de proposer de nouveaux formalismes permettant de contourner le problème de volume de données en vue des futurs calculs exaflopiques que l’informatique devrait atteindre en 2020. A cette fin, une méthode massivement parallèle de co-traitement, adaptée au formalisme non-structuré, a été développée afin d’extraire les grandes structures des écoulements turbulents. Son principe consiste à introduire une série de grilles de plus en plus grossières réduisant ainsi la quantité de données à traiter tout en gardant intactes les structures cohérentes d’intérêt. Les données sont transférées d’une grille à une autre grâce à l’utilisation de filtres et de méthodes d’interpolation d’ordre élevé. L’efficacité de cette méthodologie a pu être démontrée en appliquant des techniques de décomposition modale lors de la simulation 3D d’une pale de turbine turbulente sur une grille de plusieurs milliards d’éléments. En outre, cette capacité à pouvoir gérer plusieurs niveaux de grilles au sein d’une simulation a été utilisée par la suite pour la mise en place de calculs basés sur une stratégie multi-niveaux. L’objectif de cette méthode est d’évaluer au cours du calcul les erreurs numériques et celles liées à la modélisation en simulant simultanément la même configuration pour deux résolutions différentes. Cette estimation de l’erreur est précieuse car elle permet de générer des grilles optimisées à travers la construction d’une mesure objective de la qualité des grilles. Ainsi, cette méthodologie de multi-résolution tente de limiter le coût de calcul de la simulation en minimisant les erreurs de modélisation en sous-maille, et a été appliquée avec succès à la simulation d’un écoulement turbulent autour d’un cylindre. / Large-Eddy Simulation (LES) has become a major tool for the analysis of highly turbulent flows in complex geometries. However, due to the steadily increase of computational resources, the amount of data generated by well-resolved numerical simulations is such that it has become very challenging to manage them with traditional data processing tools. In Computational Fluid Dynamics (CFD), this emerging problematic leads to the same "Big Data" challenges as in the computer science field. Some techniques have already been developed such as data partitioning and ordering or parallel processing but still remain insufficient for modern numerical simulations. Hence, the objective of this work is to propose new processing formalisms to circumvent the data volume issue for the future 2020 exa-scale computing objectives. To this aim, a massively parallel co-processing method, suited for complex geometries, was developed in order to extract large-scale features in turbulent flows. The principle of the method is to introduce a series of coarser nested grids to reduce the amount of data while keeping the large scales of interest. Data is transferred from one grid level to another using high-order filters and accurate interpolation techniques. This method enabled to apply modal decomposition techniques to a billion-cell LES of a 3D turbulent turbine blade, thus demonstrating its effectiveness. The capability of performing calculations on several embedded grid levels was then used to devise the multi-resolution LES (MR-LES). The aim of the method is to evaluate the modeling and numerical errors during an LES by conducting the same simulation on two different mesh resolutions, simultaneously. This error estimation is highly valuable as it allows to generate optimal grids through the building of an objective grid quality measure. MR-LES intents to limit the computational cost of the simulation while minimizing the sub-grid scale modeling errors. This novel framework was applied successfully to the simulation of a turbulent flow around a 3D cylinder.

L'utilisation de caméras infrarouges bas coûts pour la surveillance long-terme d'infrastructures est prometteuse grâce aux dernières avancées technologiques du domaine. Une mesure précise de la température des surfaces observées in-situ se heurte au manque de connaissance des propriétés radiatives de la scène. L'utilisation d'une instrumentation multi-capteurs permet d'affiner le modèle de mesure afin d'obtenir une estimation plus précise de la température. A contrario, il est montré qu'il est toujours possible d'exploiter des données climatiques en ligne pour pallier un manque de capteur. Des méthodes bayésiennes d'estimation conjointe d'émissivité et de température sont ensuite développées et comparées aux méthodes de la littérature. Un simulateur d'échanges radiatifs diffus de scènes 3D a été implémenté afin de tester ces différentes méthodes. Ce logiciel utilise l'accélération matérielle de la machine pour réduire les temps de calcul. Les résultats numériques obtenus mettent en perspective une utilisation avancée de la thermographie infrarouge multi-spectrale pour la surveillance de structures. Cette estimation conjointe permet alors d'obtenir un estimé de la température par thermographie infrarouge avec une incertitude connue. / The latest technological improvements in low-cost infrared cameras have brought new opportunities for long-term infrastructures monitoring. The accurate measurement of surfaces' temperatures is facing the lack of knowledge of radiatives properties of the scene. By using multi-sensors instrumentation, the measurement model can be refined to get a better estimate of the temperature. To overcome a lack of sensors instrumentation, it is shown that online and free available climatic data can be used. Then, Bayesian methods to estimate simultaneously the emissivity and temperature have been developed and compared to literature's methods. A radiative exchange simulator of 3D scenes have been developed to compare those different methods on numerical data. This software uses the hardware acceleration as well as a GPGPU approach to reduce the computation time. As a consequence, obtained numerical results emphasized an advanced use of multi-spectral infrared thermography for the monitoring of structures. This simultaneous estimation enables to have an estimate of the temperature by infrared thermography with a known uncertainty.