Ce travail traite de la dynamique des flammes turbulentes prémélangées confinées et swirlées soumises à des perturbations de vitesses acoustiques. L'objectif général est d'acquérir une compréhension des mécanismes régissant la réponse de ces flammes et d'en tirer des méthodes de prévision des instabilités de combustion. Les écoulements swirlés sont d'abord examinés en termes de nombre de swirl et de nouvelles expressions sont données pour cette quantité. On traite notamment des effets de perturbations de vitesse et une expression est proposée qui tient compte des fluctuations de vitesses dans l'écoulement. Le système utilisé pour l'étude expérimentale comprend une cavité amont, un injecteur équipé d'un swirler et un tube à flamme transparent permettant la visualisation directe du mouvement de la flamme. Deux points de fonctionnement sont étudiés correspondant à des vitesses débitantes différentes. La cavité amont et le tube à flamme du brûleur peuvent être facilement changés pour étudier plusieurs configurations différentes. L'acoustique du brûleur est également analysée au moyen d'une approche de cavités couplées pour déterminer les fréquences de résonance du système en configuration non-réactive. Des expériences sont menées pour mesurer les fréquences propres du système et l'estimation du coefficient d'amortissement est réalisée à partir de la réponse du système à une modulation externe. Un critère de découplage des mode acoustiques est proposé. La dynamique de l'écoulement est examinée en termes de conversion de modes au niveau de la vrille (swirler) ou dans une grille d'aubes. Cette partie du travail, effectuée au moyen de simulations numériques montre que lorsqu'une grille ou une vrille sont soumis à une onde acoustique, le swirler donne naissance à une onde azimutale convective en plus de l'onde acoustique axiale transmise. Les deux types de swirlers, axial et radial, donnent lieu à ce mécanisme, un fait confirmé par des expériences. Il est montré que ce processus de conversion de mode a un impact important sur la dynamique de la flamme swirlée. La dynamique de la combustion est ensuite analysée en mesurant la fonction de transfert généralisée ainsi que les distributions de taux de dégagement de chaleur au cours du cycle d'oscillation. La fonction de transfert est utilisée pour déterminer la réponse de la flamme à des perturbations acoustiques se propageant dans l'écoulement en amont de la flamme. Il est aussi montré que le nombre de Strouhal est un groupe sans dimensions qui permet de caractériser la réponse de la flamme. La dynamique est également analysée au moyen d'un ensemble de diagnostics comprenant des sondes de pression, un photomultiplicateur et un vélocimètre laser Doppler. Un modèle pour la fonction de transfert linéaire de la flamme est dérivé théoriquement à partir d'une description de la flamme au moyen de l'équation pour une variable de champ G. Les mécanismes physiques de la réponse de la flamme sont identifiés : enroulement tourbillonnaire et fluctuations du nombre de swirl. L'enroulement tourbillonnaire est associé à l'onde acoustique transmise en aval du swirler et qui pénètre dans la chambre de combustion. Tandis que les fluctuations du nombre de swirl sont directement liées aux mécanismes de conversion de mode au swirler qui induit différentes vitesses pour les perturbations axiales et azimutales. L'enroulement tourbillonnaire enroule l'extrémité de la flamme tandis que les fluctuations du nombre de swirl agissent sur l'angle de la flamme. Ces deux mécanismes en compétition se combinent de manière constructive ou destructive conduisant à des gains faibles ou élevés dans la réponse de la flamme en fonction de la fréquence. Ces mécanismes sont retrouvés par simulation aux grandes échelles (LES). / This work is concerned with the dynamics of premixed confined turbulent swirling flames submitted to acoustic velocity disturbances. The general objective is to gain an understanding of the mechanisms governing the response of these flames and to derive predictive methods for combustion instabilities. Swirling flows are first reviewed in terms of swirl numbers and novel expressions for them are given. Perturbed form of the swirl number are suggested taking into account acoustic disturbances in the flow. The experimental system comprises an upstream manifold, an injector equipped with a swirler and a transparent flame tube allowing direct visualization of the flame motion. Two operating points are investigated corresponding to different bulk velocities. The upstream manifold and the flame tube of the burner can be easily change to test several configurations. The burner acoustic is also analyzed in term of coupled cavities approach to determined the resonant frequencies of the system in non reactive cases. Experiments are carried out to measure the system eigen frequencies and the estimate damping coefficient of the various burners arrangements. A criterion for decoupling acoustic mode is suggested. The flow dynamics is examined in terms of mode conversion occurring at the swirler or downstream an airfoil cascade. This part of the work, carried out with numerical simulations, shows that when submitted to an acoustic wave, a swirler gives rise to an azimuthal convective wave in addition to the transmitted acoustic wave. Both axial and radial swirlers are prone to this mechanism as confirmed by experiments. It is found that this mode conversion process has a strong impact on the flame dynamics in swirling flames combustors. Combustion dynamics is then analyzed by measuring the flame describing function (FDF) of this burner. This FDF is used to determine the response of the flame to acoustic velocity disturbances propagating on the upstream flow. It is shown that the Strouhal number is a suitable dimensionless group to characterize the swirling flame response. The flame dynamics is also analyzed with an ensemble of diagnostics including pressure probes, photomultipliers and laser Doppler velocimeter (LDV). A model for the linear swirling flame transfer function is derived theoretically. The physical mechanisms driving the response of the flame are identified : vortex rollup and swirl number fluctuations. The vortex rollup is associated to the acoustic wave transmitted downstream of the swirler and entering in the combustor while the swirl number fluctuations are directly linked to the mode conversion mechanisms downstream the swirler which induced different axial and azimuthal speeds upstream the flame. The rollup phenomena acts at the extremity of the flame while swirl number fluctuations act on the flame angle. These competiting mechanisms act constructively or destructively leading to low or high gains in the flame response depending on the frequency. These mechanisms are retrieved by large eddy simulations of the flame dynamics. Finally, an instability analysis is carried out by combining the experimental flame describing function (FDF) and an acoustic model of the combustor to determine the frequency and the amplitude of the velocity disturbances at the limit cycle. A good agreement between predictions and experiments is obtained in most cases indicating that the method is suitable subject to further developments.

Afin de fournir une meilleure prévision du mouvement du sol attendu dans la région de Port-au-Prince, ce travail de thèse propose de détecter et de quantifier les effets de site, d’analyser les caractéristiques des ondes sismiques piégées dans la couche meuble du bassin, et de simuler des accélérogrammes synthétiques réalistes que produirait un séisme futur. A cette fin, nous proposons d’analyser les signaux de 78 séismes qui ont eu lieu entre mars 2010 et février 2013 en appliquant les méthodes de rapports spectraux H/V séisme et SSR. Cette étude met en évidence une forte variabilité spatiale dans les amplifications mesurées, qui est tout à fait cohérente avec la géologie de surface très hétérogène de la zone. On note aussi des amplifications à basse fréquence sur les sédiments marins proches de la côte. Sur les contreforts du massif de la Selle, les réverbérations des ondes sismiques amplifient fortement le mouvement sismique au sommet de la colline. De plus, sur certaines stations nous mettons en évidence, un allongement du signal dû à la présence d’ondes de surface. Pour la génération des accélérogrammes synthétiques, nous utilisons d’abord la méthode des fonctions de Green empiriques. Les résultats obtenus montrent que les mouvements du sol les plus forts sont attendues dans les sédiments quaternaires près de la côte et sur les crêtes des collines du Sud de Port-au-Prince. Ensuite, une méthode hybride de simulation combinant fonctions de transfert complexes et simulations EGF au rocher a été mise en place, et validée à partir de test sur des sites instrumentés de la région métropolitaine de Port-au-Prince / In order to help estimating the seismic ground motion expected in the Port-au-Prince area (Haiti), we characterize local site effects, pointing out the seismic waves trapped in the loose layer of Cul-de-Sac basin, and provide realistic synthetic accelerograms for an hypothetical future earthquake.To this end, we propose to analyze signals from 78 earthquakes that occurred between March 2010and February 2013, by applying two methods of spectral ratios : The H/V earthquake method and the classical spectral ratio (SSR). A strong spatial variability was observed in the measured amplifications, which is quite consistent with the heterogeneous surface geology of the area. We notice in particular strong amplification on marine sediments close to the coast. In the foothills of the Massif de la Selle the reflection of the seismic waves lead to the concentration of the wave fields that strongly amplify seismic ground motion at the top of the hills. In addition, an increase of the signal duration due to the presence of surface waves was also highlighted on some stations of the plain. For the generation of synthetic accelerograms, we first use Empirical Green functions (EGF) method. The results show that the strongest acceleration is expected in Quaternary sediments near the coast and on the ridge of south hills of Port-au-Prince. Then, a hybrid simulation method combining complex transfer functions (amplitude and phase) and the EGF simulation on bedrock was set up and validated from testing on instrumented sites in the metropolitan area of Port-au-Prince

On se propose d'étudier des composants optiques multifocaux diffractifs ou réfractifs. L'étude porte sur l'évaluation des performances théoriques, les méthodes de réalisation et la caractérisation des composants réalisés. Afin d'évaluer les performances optiques, des outils de calcul spécifiques ont été mis au point. Les calculs effectues sont des calculs de diffraction reposant sur le principe de huygens-fresnel. Ils permettent d'accéder a l'éclairement produit sur l'axe optique dans un plan image déterminé, selon la position de l'objet considère, ainsi qu'a la réponse percussionnelle incohérente et a la fonction de transfert associée, présentée sous forme de diagrammes d'isocontraste. Ces trois représentations permettent d'optimiser les performances en vue de l'application envisagée. La réalisation peut utiliser les techniques classiques d'usinage ou de moulage. Nous avons proposé et expérimenté une nouvelle technique de fabrication, consistant en l'inscription photochimique d'un gradient d'indice qui produit l'effet multifocal. Un montage de fabrication a été mis en place, montage qui comprend une optique spécialement calculée et réalisée pour l'application envisagée. Enfin, nous décrivons les moyens de contrôle adaptés aux composants réalisés en fonction de leur nature, taille et propriétés optiques. Nous présentons les résultats de contrôles effectués sur les premiers prototypes obtenus par les méthodes classiques ou par la voie photochimique.

Dans l'état actuel des connaissances, il est impossible de poser correctement toute la physique permettant de modéliser les hydrosystèmes dans leur ensemble, notamment à cause de la dynamique très contrastée des différents compartiments. Les modèles systémiques simplifient la représentation des hydrosystèmes en ne considérant que leurs flux d’échange. L’objet de ce travail est de proposer un outil de modélisation systémique fournissant des informations sur le fonctionnement physique des hydrosystèmes, tout en étant simple et parcimonieux. Ce modèle nommé MASH (pour Modélisation des Hydrosystèmes par Approche Systémique) est basé sur l’utilisation de fonctions de transfert paramétriques choisies en fonction de leur faible paramétrisation, leur caractère général et leur interprétation physique. Il est versatile, dans le sens que son architecture est modulable et que le nombre d’entrées, le nombre de fonctions de transfert en série et le type de fonctions de transfert utilisé est laissée à la discrétion de l’utilisateur. Ce modèle est inversé en utilisant de récentes avancées en apprentissage automatique grâce à une famille d’heuristiques basée sur l’intelligence en essaim nommé « optimisation par essaim de particule » (ou PSO pour « Particle Swarm Optimization »). Le modèle et ses algorithmes d’inversion sont testés sur un cas d’école synthétique, puis sur un cas d’application réel. / In the light of current knowledge, hydrosystems cannot be modelled as a whole since underlying physical principles are not totally understood. Systemic models simplify hydrosystem representation by considering only water flows. The aim of this work is to provide a systemic modelling tool giving information about hydrosystem physical behavior while being simple and parsimonious. This model, called HMSA (for Hydrosystem Modelling with a Systemic Approach) is based on parametric transfer functions chose for their low parametrization, their general nature and their physical interpretation. It is versatile, since its architecture is modular, and the user can choose the number of inputs, outputs and transfer functions. Inversion is done with recent machine learning heuristic family, based on swarm intelligence called PSO (Particle Swarm Optimization). The model and its inversion algorithms are tested first with a textbook case, and then with a real-world case.

Le littoral Fluminense, situé en zone tropicale humide (23°S-43°W, Rio de Janeiro, Brésil), présente un gradient d'aridité, généré par l'occurrence d'un upwelling côtier, principalement contrôlé par le régime des vents. Les lagunes du littoral, dont les caractéristiques physico-chimiques sont en relation avec ce gradient d'aridité, enregistrent des variations hydro-climatiques en relation avec l'occurrence de cet upwelling. Ce travail porte sur des enregistrements lagunaires prélevés dans deux lagunes (Brejo do Espinho et Padre) et sur un enregistrement marin prélevé dans la zone de l'upwelling. Les variations hydroclimatiques des lagunes ont été reconstituées à partir de l'étude des diatomées complétée par l'estimation de la salinité quantifiée par une fonction de transfert diatomées/salinité. La fonction de transfert a été établie à partir d'une calibration sur les milieux lagunaires actuels en fonction du gradient de salinité. La variabilité de l'intensité de l'upwelling a été reconstituée à partir de la productivité primaire de la zone d'upwelling basée sur l'étude des coccolithophoridés. La comparaison entre la variabilité hydro-climatique reconstituée dans les lagunes et l'occurrence de l'upwelling, en tenant compte de la remontée du niveau marin au cours de l'Holocène, permet de définir les changements d'intensité de l'upwelling et du régime des vents qui se sont exercés sur le littoral Fluminense. Ces changements peuvent être expliqués par l'impact des événements El Niño, par la position des fronts polaires et la migration de la zone de convergence intertropicale.

L'essor récent des communications Ultra Large Bande a nécessité des antennes spécialement adaptées à cette technologie. Cette thèse explicite les besoins en éléments rayonnants caractérisés ainsi que les contraintes spécifiques liées à la conception d'antennes pour ces systèmes. Un état de l'art des antennes large bande valide le choix d'une base d'étude. L'optimisation d'une antenne papillon précède la présentation d'une nouvelle structure imprimée. Cette géométrie d'antenne alimentée par guide d'onde coplanaire lui confère une adaptation d'impédance à 50 Ω, un rayonnement omnidirectionnel, ainsi qu'un encombrement et un coût limités. L'insertion d'une ouverture triangulaire ainsi que de fentes capacitives au sein du triangle rayonnant améliore l'adaptation, élargit la bande passante et réduit l'encombrement. Un second travail a consisté à obtenir un rayonnement moins directif en adoptant des formes de plans de masse latéraux appropriés. Les résultats simulés ont été validés par quatre réalisations. L'effet combiné des améliorations permet à l'antenne finale de présenter une réduction de taille de 70 %. Enfin, une antenne imprimée elliptique alimentée par CPW est étudiée et réalisée. Des mesures temporelles ont été nécessaires afin de caractériser les antennes. Le mode opératoire et les traitements appliqués sont décrits et validés. Les fonctions de transfert des antennes en émission et réception sont séparées. Leur caractérisation dans différentes directions de propagation permet de présenter les déformations subies par une impulsion référence lors de son rayonnement par les antennes. Leur dispersion a ainsi pu être comparée selon la direction et l'antenne utilisée.

Les changements climatiques en cours affectent particulièrement les écosystèmes des régions nordiques, dont les tourbières situées dans les secteurs à pergélisol continu et discontinu. Dans ce contexte, les modifications des conditions climatiques régionales peuvent perturber l'évolution des écosystèmes tourbeux et indirectement affecter leur bilan en carbone. Comme les changements climatiques actuels sont grandement attribuables aux contenus de l'atmosphère en gaz à effet de serre (GES) tel que le CO2 et le CH4, il devient important de mieux connaître l'influence du climat sur la dynamique des tourbières à pergélisol et sur le bilan de carbone dans ces milieux. L'objectif principal de ce projet de recherche est d'évaluer les effets des changements climatiques sur l'évolution des tourbières des régions à pergélisol discontinu par la reconstitution de la paléohydrologie d'une tourbière à palses du secteur de Kuujjuarapik sur la côte est de la baie d'Hudson. La relation entre les thécamoebiens et les niveaux de nappe phréatique des tourbières a été bien démontrée au cours des dernières années. La première étape pour réaliser ce projet a été de développer une fonction de transfert adaptée aux contextes de développement des tourbières du Québec au moyen de ces organismes afin d'inférer des valeurs d'élévation de la nappe phréatique (NP). Cette fonction de transfert a été construite à partir de thécamoebiens provenant d'échantillons de surface (modernes) de six tourbières ombrotrophes et six rninérotrophes réparties sur l'ensemble du territoire québécois. Ensuite, cet outil a été utilisé pour reconstituer les changements de conditions hydrologiques holocènes, à partir du contenu en thécamoebiens fossiles de deux profils tourbeux provenant d'une tourbière à palses dans la zone de pergélisol discontinu du secteur de Kuujjuarapik. Les résultats des échantillons modernes de thécamoebiens et des tests statistiques ont permis de développer une fonction de transfert pour la reconstitution des niveaux passés de NP des tourbières ombrotrophes et minérotrophes bien adaptée aux différents contextes québécois (Nb.: 86; RMSEP: 4,73 cm ; R2: 0,77). La comparaison des valeurs de NP inférées par cette fonction de transfert à celles d'une autre fonction de transfert nord-américaine déjà existante (Booth, 2008), confirme le potentiel de cet outil pour les recherches portant sur la paléohydrologie des tourbières. Les résultats des analyses stratigraphiques et de thécamoebiens de deux profils de tourbe indiquent un développement et des conditions d'accumulation du carbone distincts entre la zone à palses au centre de la tourbière et la bordure forestière en marge du bassin. Ces différences sont attribuées en partie à l'influence des processus autogènes variables entre ces deux secteurs de la tourbière. Les résultats des conditions hydrologiques du centre de la tourbière présentent plusieurs évènements synchrones avec des épisodes de changement de niveau d'eau de lacs du Québec nordique. Deux phases de développement du pergélisol ont été identifiées entre 1420 - 600 ans étal. BP et entre 440 ans étal. BP et l'actuel. Les résultats montrent aussi l'influence du pergélisol sur les taux d'accumulation en carbone avec des baisses de 11,12 g.m-2.an-1 et 9,23 g.m-2.an-1 lors des épisodes froids. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : tourbière, pergélisol, thécamoebiens, fonction de transfert, Holocène, carbone

La méthode classique de traitement des données aérogravimétriques par filtrage fréquentiel ne prend pas en compte les propriétés statistiques des mesures, telles les corrélations, et ne permet pas une estimation aisée des erreurs sur le champ de gravité. Nous avons donc développé une nouvelle méthode de réduction par inversion régularisée au sens des moindres carrés, basée sur la transformation de l'équation différentielle du gravimètre en équation intégrale, qui permet cette estimation. Nous avons appliqué cette nouvelle méthode avec succès à la modélisation du champ de gravité dans le domaine des moyennes longueurs d'ondes sur la partie Sud-Ouest des Alpes avec une précision interne de 3 mGal. Les données utilisées ont été acquises avec un gravimètre « LaCoste & Romberg modèle Air/Sea » lors d'un levé gravimétrique aéroporté réalisé en 1998 dans le cadre du programme national de recherche « GéoFrance 3D ».

Dans le but de montrer l'influence de la morphologie fractale d'un agrégat sur son comportement thermophorétique, un nouveau dispositif expérimental a été développé ; le SpectroMètreThermophorétique Circulaire (SMTC). Cet instrument permet de mesurer la vitesse moyenne de thermophorèse des particules dans une zone de sélection comprise entre une plaque chaude et une plaque froide. Pour cela, nous avons développé une fonction de transfert spécifique au principe de l'instrument sur la base des travaux existant sur les analyseurs différentiels de mobilité électrique.Une qualification expérimentale du SMTC a été réalisée avec des billes de latex monodispersées de tailles comprises entre 64 nm et 500 nm. Le bon accord entre les vitesses de thermophorèse obtenues et la théorie de Beresnev et Chernyak (1995) nous a permis de valider le fonctionnement de l'instrument.Par la suite, nous avons comparé les vitesses de thermophorèse expérimentales obtenues avec le SpectroMètre Thermophorétique Circulaire pour des particules sphériques et des agrégats produits par un générateur d'aérosol à combustion. Contrairement aux résultats obtenus avec les billes de latex, nous observons une augmentation de la vitesse de thermophorèse des agrégats avec leur diamètre de mobilité électrique.Grâce à une étude morphologique des agrégats, nous avons remarqué que la vitesse de thermophorèse est dépendante du nombre de particules primaires de l'agrégat. Ces résultats expérimentaux confirment pour la première fois les données théoriques de Mackowski (2006)obtenues par des simulations Monte-Carlo. De plus, une comparaison avec les travaux de Messerer et al. (2003) montre que la vitesse de thermophorèse des agrégats semble indépendante de la taille des particules primaires.

La zone intertropicale est une zone clé du climat mondial, dans la mesure où ce secteur joue un rôle essentiel dans le cycle du carbone à l’échelle globale, via la pompe du carbone par la productivité primaire, elle-même accrue dans les grandes cellules d'upwelling côtières. L’objectif principal de ce travail était de discuter la variabilité climatique haute fréquence ayant affecté l'Océan Atlantique Est tropical au cours des derniers 45 000 ans à l’échelle orbitale et sub-orbitale. Notre étude a ainsi mis en évidence les connexions liant le domaine océanique et le domaine continental (panaches fluviatiles) à travers la comparaison entre les conditions hydrologiques de surface reconstruites par les assemblages phytoplanctoniques microfossiles (kystes de dinoflagellés : principaux outils de cette étude) et la variabilité de la mousson africaine déduite de données géochimiques sédimentaires disponibles sur les 3 carottes d’étude, situées au large du Congo ainsi que dans le Golfe de Guinée. Ce travail de thèse a également permis de réaliser un travail approfondi de mise à jour de la base de données dinokystes modernes et des données environnementales qui leurs sont associées (température et salinité de surface, productivité primaire, mais aussi nouveaux ajouts : densité de l’eau, saisonnalité, ou encore anomalies de températures par rapport à la moyenne des températures calculée selon un axe latitudinal), afin de pouvoir quantifier les paramètres hydrologiques sur les carottes d’étude via la fonction de transfert dinokyste développée pour l’Océan Atlantique tropical. Les assemblages dinokystes ont révélé une grande sensibilité aux effets de la précession, avec des environnements chauds et soumis à de fortes décharges fluviatiles observés en contexte de minima de l'indice de précession, en particulier durant la dernière déglaciation, configuration amplifiée par le maximum d’obliquité. Les résultats issus de la fonction de transfert démontrent le rôle primordial du fleuve Congo dans l'évolution de la productivité primaire au cours du temps, via l'apport massif de nutriments, ainsi que via des mécanismes d'upwelling générés par l'activité du fleuve en elle-même. / The intertropical area is a key domain for the knowledge of past global climate, with indeed a prevalent role regarding of carbon cycle; high productive conditions in this area being induced by the large eastern boundary upwelling cells. The main purpose of this work consisted in discussing the high frequency climate variability that occurred in the eastern tropical Atlantic Ocean over the last 45,000 years. This area then permitted to highlight land-sea linkages through the relationships existing between marine environments as deduced from microfossil assemblages (dinoflagellate cysts: main proxies of this study) and the African monsoon as reconstructed through river-plume activity, thanks to three cores located off the Congo river mouth and in Gulf of Guinea. Furthermore, this work permitted to deeply update the tropical dinocyst modern database used by the dinocyst-based transfer function method developed for the Tropical Atlantic Ocean (new modern sites and new environmental datasets : SST, SSS, net primary productivity, upwelling activity, seasonality). Dinocyst assemblages revealed a strong influence of precession effects, with warmer and wetter periods reconstructed during minima of precession, especially during the last deglaciation, strongly enhanced by the obliquity maximum. Dinocyst-based transfer function results also highlighted the prevalent role of the Congo River on past primary productivity evolution through strengthened terrigenous inputs to the ocean but also through river-induced upwelling mechanism.