La propulsion aérobie à grande vitesse est depuis longtemps identifiée comme l'un des prochains sauts technologiques à franchir dans le domaine des lanceurs spatiaux. Cependant, les véhicules hypersoniques (HSV) fonctionnant dans des domaines de vitesse extrêmement élevées, de nombreuses contraintes et incertitudes entravent les garanties des propriétés des contrôleurs. L'objet de cette thèse est d'étudier la synthèse de commande d'un tel véhicule.Pour commencer, il s'agit de définir un modèle représentatif d'un HSV exploitable pour la commande. Dans ce travail, nous construisons deux modèles de HSV. Un pour la simulation en boucle fermée, et le second afin de poser précisément le problème de commande.Nous proposons ensuite une synthèse de commande de la dynamique longitudinale dans le plan vertical de symétrie. Celle-ci est robuste aux incertitudes de modélisation, tolérante à des saturations, et n'excite pas les dynamiques rapides négligées. Ses propriétés sont évaluées sur différents cas de simulation. Puis, une extension est proposée afin de résoudre le problème de commande simultanée des dynamiques longitudinale et latérale, sous les mêmes contraintes.Ce résultat est obtenu par une assignation de fonction de Lyapunov, suite à une étude des dynamiques longitudinale et latérale. Par ailleurs, pour traiter les erreurs de poursuite dues aux incertitudes de modélisation, nous nous intéressons au problème de régulation asymptotique robuste par retour d'état. Nous montrons que cette régulation peut être accomplie en stabilisant le système augmenté d'un intégrateur de la sortie. Ceci constitue une extension de la structure de contrôle proportionnel-intégral au cas des systèmes non linéaires. / High speed airbreathing thrust has been known for a long time as one of the next technological step to be overcome in space launchers domain. However, HyperSonic Vehicles (HSV) speed operating ranges being extremely high, numerous constraints and uncertainties restrict the ensuring of control properties. The purpose of this thesis is to study control synthesis for such a vehicle.First, it concern the definition of a HSV model for controlling purpose. In this work is constructed two HSV models. One in order to effect closed loop simulation, and the other in order to precisely establish the control problem.Then, is proposed a control synthesis for the longitudinal dynamics restricted to the symmetric vertical plane. It is robust to modelling uncertainties, allows saturation, and does not excite neglected fast dynamics. Its properties are evaluated on different cases of simulation. Next, an extension is proposed in order to solve the problem of controlling simultaneously longitudinal and lateral dynamics, under the same constraints.This result is obtained by the use of control Lyapunov functions, following the study of longitudinal and lateral dynamics. Furthermore, in order to solve tracking errors due to modelling uncertainties, the problem of robust asymptotic regulation by state feedback has been addressed. It is shown that such a regulation can be achieved by stabilizing the system augmented by an output integrator. This constitutes an extension for nonlinear systems of the proportional-integral control structure.

Caractériser l’odeur humaine revêt un intérêt particulier en sciences forensiques. Les chiens peuvent retrouver une personne grâce à son odeur, mais leur incapacité à témoigner fait que l’information qu’ils apportent a peu de force probante devant les tribunaux. Ainsi, développer une stratégie analytique complète, du prélèvement des échantillons à l’analyse et au traitement des données, permettra d’appuyer les identifications effectuées par les chiens policiers. Après un état de l’art des différentes études qui se sont déjà penchées sur le sujet, nous nous pencherons sur l’utilisation des chiens en Gendarmerie et sur quelques aspects de la biométrie pour savoir dans quelle mesure l’odeur peut être utilisée comme une caractéristique biométrique. Nous avons développé des méthodes d’échantillonnage de l’odeur innovantes, simples et fiables, que ce soit directement sur le sujet ou indirectement sur les lieux du crime. Une attention particulière est portée aux échantillons réels et à leur conservation. L’aptitude des techniques analytiques à séparer et identifier les différents constituants de l’odeur humaine a été évaluée. Ainsi, nous avons développé une méthode d’analyse en chromatographie gazeuse bidimensionnelle intégrale couplée à la spectrométrie de masse. Les performances de plusieurs jeux de colonnes ont été comparées en considérant neuf des critères les plus utilisés dans la littérature. Enfin, nous avons constitué un panel représentatif sur lequel nous avons pu mettre en place les approches statistiques de comparaison des échantillons à des fins d’identification. / Characterizing human odor is of particular interest in forensic science. Dogs can find a person using their odor-print, but cannot testify : the information they bring lacks probative value in the courts of justice. Thus, developing a whole analytical strategy, from sampling to analysis and data processing, may support the identification dogs provide. After reviewing the studies that have already worked on the subject, the use of dogs in the police force is developed and some aspects of biometrics are presented to know to if the odor can be used as a biometric trait. Innovative, simple and reliable methods were developed to sample odor, either directly on the subject or indirectly at the scene of the crime. Particular attention is paid to the real samples and their conservation. The ability of analytical techniques to separate and identify different constituents of human odor was assessed. Thus, we have developed an analytical method in two-dimensional gas chromatography integral coupled with mass spectrometry. The performance of several sets of columns was compared by considering nine of the criteria most used in the literature. Finally, we established a representative panel on which we were able to apply statistical approaches for the comparison of samples.

Les vagues courtes sont omniprésentes à la surface des océans, avec des longueurs de quelques dizaines de mètres au mètre typiquement. Connaitre leurs directions de propagation en mer est important à plusieurs titres, notamment pour la compréhension de la dynamique de l'état de mer, des échanges air-mer ou de la dérive de particules en surface. Ces distributions directionnelles sont étudiées ici au regard des progrès récents réalisés en techniques d'instrumentation. L'analyse du bruit sismo-acoustique enregistré en grandes profondeurs permet d'extraire un comportement quasi-universel qui dépend indirectement de cette distribution à travers ladite intégrale de recouvrement. Il est cohérent avec des observations directes du champ de vagues obtenues à partir de reconstructions tridimensionnelles de la surface de l'océan. Alors que la direction de propagation des vagues longues s'aligne avec celle du vent, les vagues courtes s'en détachent d'autant plus à mesure que leurs échelles diminuent (bimodalité).La comparaison de ces observations avec les prédictions d'un modèle numérique de vagues, basé sur l'environnement WAVEWATCH®III, permet de constater que ces modèles sont qualitativement valables mais encore quantitativement incorrects. Une des possibilités explorées pour corriger cet effet est la prise en compte de sources de vagues courtes à ±90° de la direction du vent, qui pourraient être associées au déferlement des vagues longues. Une telle source à elle seule n'explique pas les formes des distributions directionnelles observées. D'autres mécanismes pourraient intervenir que de futures investigations pourront tenter de clarifier. / Short surface gravity waves are ubiquitous at the ocean surface, with lengths from a few tens of meters to a meter typically.Knowing their propagation directions at sea is important in several respects, especially for the understanding of sea-state dynamics, airsea interactions and particles surface drift.Their directional distributions are here investigated in the light of the recent progress made in instrumentation techniques. The analysis of ocean bottom seismo-acoustic noise records allows for the extraction of a quasi-universal behavior which indirectly depends on this distribution through the socalled overlap integral. It is coherent with direct observations of the wave field obtained from tri-dimensional reconstructions of the ocean surface elevation field. While the propagation direction of long waves aligns with the wind direction, short waves progressively detach from it towards small scales (bimodality).Comparing those measurements with the predictions of a spectral numerical wave model, based on WAVEWATCH®III environment, allows to realize that they provide qualitatively correct but quantitatively incorrect predictions. One of the possibilities here explored to correct for it, is by accounting for the sources of energy at ±90° to the wind direction, which could be associated with the breaking of long waves. This source term on its own does not explain the shapes of the observed directional distributions. Other mechanisms could come into play that future investigations will help clarify.

Le calcul de quantités dépendants du temps pour des systèmes quantiques est limité le scaling exponentiel des méthodes exactes. Néanmoins, ces quantités présentes un intérêt scientifique important. Un compromis, entre précision et coût, est trouvé par les méthodes quasi-classiques. Dans ces méthodes, la densité thermique exacte est combinée à des trajectoires approximant la dynamique quantique. Durant ma thèse, j’ai développé et appliqué une méthode quasi-classique : PIM (Phase Integration Methode) qui combine des algorithmes MC et MD pour calculer des fonction de corrélation. Le Chapitre 2 décrit les méthodes quasi-classiques ainsi que les approximations qui permettent d’en tirer les fonctions de corrélations dépendants du temps.Le Chapitre 3 illustre comment PIM est adapté au calcul de la densité de Wigner qui est une quantité clé pour les méthodes quasi-classique. À travers le calcul de cette quantité, PIM est capable de capturer des corrélations entre différents degrés de liberté. Dans le Chapitre 4, on montre comment PIM est adapté au calcul de spectres infrarouge. La comparaison des résultats avec d’autres méthodes montre que PIM est une méthode précise pour les systèmes à basse dimensionnalité. Les spectres de OH et CH4 confirment que PIM ne souffrent pas de problèmes intrinsèques comme CMD ou RPMD et peut être appliqué à des systèmes à plus haute dimensionnalité. Le Chapitre 5 présente la méthodologie pour calculer des constantes de vitesse à l’aide de PIM. Les résultats sont bons jusqu’à 300 K mais pas en dessous. Le travail futur se concentrera sur le calcul de la fonction de corrélation de Kubo flux-side pour remédier à ce problème. / Simulation of time-dependent quantities for quantum systems is limited by the exponential scaling of exact methods. However, the calculation of these quantities is key in many problems. A reasonable compromise among accuracy and cost is done by the quasi-classical methods for computing time correlation functions. In these methods, the thermal density is combined with trajectories that approximate quantum dynamics. In my thesis, I develop and apply quasi-classical methods for vibrational spectroscopy. The focus is on the Phase Integration Method. PIM is based on combining MD and MC algorithms to compute appropriate quantities. Chapter 2 is devoted to a general description of the quasi-classical methods. We introduce the different approximations used to compute quantum time correlation functions. Chapter 3 illustrates how PIM is adapted to the calculation of the Wigner density, which is a key quantity in quasi-classical methods. Via this quantity, we show that PIM is able to capture quantum correlation effects among different degrees of freedom. Chapter 4 focuses on the adaptation of PIM for the infrared spectroscopy. Comparison of our results, show that PIM is accurate for low dimensional models. OH and CH4 spectrum confirms that our approach does not suffer from the pathologies such as CMD and RPMD but also that it can treat systems with a larger number of degrees of freedom reliably. Chapter 5 presents the methodology used to calculate rate constants with PIM. The results are in good agreement with the exact reference until 300 K. Future work will focus on using the Kubo flux side correlation function.

On s'intéresse dans ce document à la modélisation d'écoulements compressibles en conduite unidimensionnelle (1D) à section variable et dans des domaines bi ou tridimensionnelles encombrés d'obstacles. Le travail est motivé par la modélisation d'écoulements dans les circuits de refroidissement de réacteurs à eau pressurisée (REP). Ainsi ce travail a pour objectif de proposer une nouvelle formulation pour de tels écoulements. L'idée de base consiste a utiliser une formulation intégrale sur la base des équations aux dérivées partielles. Le système de lois de conservation associé aux équations d'Euler (masse, dynamique et énergie) est examiné.Le premier chapitre examine le cas de conduite 1D à section continue ou discontinue. La formulation intégrale est présentée et les résultats numériques sont comparés avec (i) l'approche Well-Balanced et (ii) la solution de référence obtenue sur maillage très fin.Les second et troisième chapitres examinent la modélisation d'écoulements compressibles dans des domaines contenant de nombreux tubes. La formulation intégrale est donnée, et les schémas numériques présentés, afin de gérer les interfaces fluide/fluide et les parois. Les schémas peuvent être explicites (chapitre 2), ou implicites (chapitre 3). Quelques cas tests analytiques sont présentés. On se concentre sur l'écoulement d'un fluide abordant une zone de tubes alignés de petite taille. Ici encore, la comparaison est faite avec la référence fluide; les résultats sont également comparés avec ceux issus de l'approche équilibre classique, et ceux associés à la formulation intégrale unidimensionnelle présentée dans le premier chapitre. / This document focuses on the modeling of compressible flows in one-dimensional (1D) pipes with variable cross-section, and in two or three-dimensional domains containing many small obstacles. The basic motivation is urged by the modeling of flows in the coolant circuit of pressurised water reactors (PWR). Thus this work aims at providing a new formulation for such a variety of flows. The basic idea consists in using an integral approach that is applied to the governing set of partial differential equations. Here the keystone is the conservative Euler set of equations, including mass, momentum and energy balance for any equation of state.Hence, the first chapter investigates the case of one-dimensional pipes with continuous or discontinuous cross-section. Once the 1D+ integral formulation has been presented, numerical results are compared with : (i) the classical Well-Balanced (WB) approach, and (ii) the reference solution obtained with a multi-dimensional code with huge mesh refinement.The second and third chapters provide some new insight on the numerical modeling of compressible flows in domains obstructed with many tubes. The integral formulation is derived, and numerical schemes are detailed, in order to handle fluid/fluid interfaces and wall boundaries. Schemes may be explicit (chapter 2), or implicit (chapter 3). A few analytic test cases are investigated. Focus is made on the flow incoming a region containing many tiny and aligned tubes. Here again, a comparison with the reference "fluid" solution is achieved; results are also compared with those arising from the WB approach, and with those coming from the 1D+ integral approach proposed in the first chapter.

Cette thèse porte sur la modélisation et l’analyse de la propagation électromagnétique dans un milieu forestier dans les bandes VHF et UHF. L’objectif principal est le développement d’un modèle numérique "full-wave" tridimensionnel de diffusion par la forêt permettant de caractériser l’interaction d’une onde électromagnétique avec un milieu forestier. Un tel modèle s’avère, actuellement, un outil indispensable à l’analyse des mesures radar pour l’étude des paramètres caractéristiques de la forêt tels que la biomasse forestière, la hauteur des arbres et leur densité. La complexité numérique de ce modèle a limité son domaine d’application à de petites parcelles de forêt et aux basses fréquences. Pour pouvoir traiter de larges zones forestières tout en montant en fréquence, et s’approcher ainsi des besoins et exigences des utilisateurs potentiels de notre modèle, nous avons intégré à ce modèle une méthode numérique efficace dédiée à l’analyse de larges problèmes électromagnétiques. La méthode en question,connue sous le nom de Characteristic Basis Function Method (CBFM) était récemment développée dans le laboratoire de Communication et Electromagnétisme de l’université PennState dirigé par le Professeur Mittra. Après une optimisation et une adaptation au problème d’intérêt, la CBFM réalise d’excellentes performances et nous permet une diminution considérable du temps de calcul et des besoins en espace mémoire sans pour autant dégrader la qualité des résultats obtenus ou altérer la fidélité du modèle à la réalité du problème électromagnétique traité. / A 3-D full-wave model, based on the integral representation of the electric field and dedicatedto the analysis of bi-static scattering mechanisms by a forest in the VHF and UHF bands wasefficiently enhanced. In order to overcome the limitation of a previous 3D model to small simulationsscenes and low frequencies, we have developed, during this research work, a new model using basis functionsadapted to the problem of interest, in the context of the Characteristic Basis Function Method(CBFM) and we investigated the suitability of this direct method for computing the electromagneticfields inside and outside three-dimensional dielectric objects representing the tree trunks and branches.The CBFM has shown great performances, when applied to the forest scattering modeling, both interms of CPU time and memory resources needed. Once properly set, the CBFM-E is so efficient thatit is able to treat in few minutes electromagnetic problems totally intractable with the classical MoM.Consequently, we have developed a powerful 3D forest electromagnetic scattering tool which allows ustoday to compute large forest electromagnetic problems in few minutes without worrying about theaccuracy of the solution. On the other hand, we have demonstrated the efficiency and accuracy of theCBFM-E when applied to 3D dielectric objects in the context of the electric volumetric integral equation,and have consolidated thus its leading position in the computational electromagnetics, especiallyagainst the iterative solvers based numerical methods.

Dans cette thèse, on donne une formule géométrique explicite pour les intégrales orbitales semisimples tordues du noyau de la chaleur sur un espace symétrique, en utilisant la méthode du laplacien hypoelliptique développée par Bismut. On montre que nos résultats sont compatibles avec les résultats classiques de la théorie de l'indice équivariant local sur les espaces localement symétriques compacts. On utilise notre formule explicite pour évaluer le terme dominant dans l'asymptotique quand d -> + ∞ de la torsion analytique équivariante de Ray-Singer associée à une famille de fibrés vectoriels plats Fd sur un espace localement symétrique compact. On montre que le terme dominant peut être calculé à l'aide de W-invariants au sens de Bismut-Ma-Zhang. / In this thesis, we give an explicit geometric formula for the twisted semisimple orbital integrals associated with the heat kernel on symmetric spaces. For that purpose, we use the method of the hypoelliptic Laplacian developed by Bismut. We show that our results are compatible with classical results in local equivariant index theory. We also use this formula to evaluate the leading term of the asymptotics as d -> + ∞ of the equivariant Ray-Singer analytic torsion associated with a sequence of flat vector bundles Fd on a compact locally symmetric space. We show that the leading term can be evaluated in terms of the W-invariants constructed by Bismut-Ma-Zhang.

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L’étude du problème de la diffusion d’une onde électromagnétique par une suspension de particules non sphériques est une difficulté récurrente dans de nombreux domaines de la recherche et de l’ingénierie. Cela implique d’utiliser des dispositifs expérimentaux hautement spécialisés ou de résoudre les équations de Maxwell, ce qui représente un véritable défi lorsque les particules sont de géométries complexes et avec des distributions statistiques de taille, d’orientation et de forme. L’objectif de la présente thèse est d’explorer l’utilisation de la méthode de Monte Carlo pour résoudre des formulations intégrales du champ électromagnétique diffusé déduites des équations de Maxwell. En particulier, nous résolvons celles de l’approximation de Schiff, de l’approximation de Born ainsi que celle du développement en série de Born. Notre approche est basée sur un travail de reformulation intégrale permettant de concevoir des algorithmes incluant les avancées les plus récentes de la méthode. Cette approche originale, utilisant les outils de la synthèse d’image pour gérer n’importe quelle géométrie, permet de traiter des statistiques de particules ainsi que d’évaluer les sensibilités à des paramètres d’intérêts, sans augmentation significative du temps de calcul. Les outils développés répondent d’ores et déjà aux besoins d’optimisation des photobioréacteurs qui mettent en œuvre des particules à faible contraste d’indice (micro-algues). À l’issue de ce travail, des pistes de recherches ont émergé pour explorer le verrou bien identifié des grandes particules et des forts contrastes d’indice à partir du principe de zéro-variance. / The resolution of the problem of an electromagnetic wave scattered by non-spherical particles suspensions is a significant difficulty encountered in many fields of research and engineering. This implies to use highly specialized experiments or to solve Maxwell’s equations, which is a real challenge when weconsider particles with complex shapes and with statistical distributions of size, orientation and shape.The aim of this thesis is to investigate the use of the Monte Carlo method in order to solve the integral formulations of electromagnetic scattering deduced from Maxwell’s equations. In particular, we solvethose of Schiff’s approximation, Born’s approximation as well as the Born series expansion. Our approachis based on integral reformulation in order to design algorithms including the most recent advances of the method. This original approach, using computer graphics algorithms in order to manage arbitraryshape, permits treating any distributions of parameters as well as evaluating sensitivities to parameters ofinterest, without additionnal CPU time. The developed tools already meet the needs for the optimisation of photobioreactors which bring into play soft particles (micro-algae). From this work, some researchideas have emerged to explore the well-identified issue of large particles and large refractive indices from zero-variance principle.

En physique du transport, en particulier en physique du transfert radiatif, la méthode de Monte-Carlo a été développée à l'origine comme la simulation de l'histoire d'un grand nombre de particules, dont on déduit des observables moyennes. Cette méthode numérique doit son succès à plusieurs qualités : une gestion naturelle des espaces des phases aux nombreuses dimensions, une erreur systématique nulle par rapport au modèle physico-mathématique, les intervalles de confiance donnés avec les résultats, une capacité à prendre en compte simultanément de nombreux phénomènes physiques, la possibilité de calcul de sensibilités simultané, et une parallélisation aisée. En cinétique des gaz, les particules collisionnent entre elles et non pas avec un milieu extérieur ; on dit que leur transport est non-linéaire. Ces collisions mutuelles mettent en défaut l'approche évoquée ci-dessus de la méthode de Monte-Carlo ; car pour simuler des trajectoires indépendantes de multiples particules et ainsi estimer leur distribution, il faut connaître au préalable exactement cette même distribution...Cette thèse fait suite à celles de Jérémi DAUCHET (2012) et de Mathieu GALTIER (2014), consacrées au transfert radiatif. Entre autres travaux, ces auteurs montraient comment la méthode de Monte-Carlo peut s'accommoder de non-linéarités, en gardant son formalisme et ses spécificités habituelles. Les non-linéarités alors franchies étaient respectivement une loi de couplage chimie/luminance, et la dépendance de la luminance envers le coefficient d'absorption. On essaie dans ce manuscrit d'outrepasser la non-linéarité du transport. Pour cela, nos principaux outils sont un suivi des particules en remontant le temps, basé sur des formulations intégrales des équations de transport, formulations largement inspirées des algorithmes dits à collisions nulles. Nous montrons, sur plusieurs exemples académiques, que nous avons en effet étendu la méthode de Monte-Carlo à la résolution de l'équation de Boltzmann. Ces exemples sont aussi l'occasion de tester les limites de ce que nous avons mis en place. Les résultats les plus marquants sont certainement l'absence totale de maillage dans la méthode numérique, ainsi que sa capacité à calculer correctement les quantités de particules de haute énergie cinétique (toujours peu nombreuses par rapport au total, en cinétique des gaz). Au-delà des exemples fournis, ce manuscrit est voulu comme un essai de formalisme et une exploration des bases de la méthode développée. L'accent est mis sur les raisonnements menant à la mise au point de la méthode, plutôt que sur les implémentations particulières qui ont été abouties. La méthode est encore, aux yeux de l'auteur, largement susceptible d'être retravaillée. En particulier, les temps maximaux sur lesquels l'évolution des particules est calculable, qui constituent la faiblesse principale de la méthode numérique développée, peuvent sûrement être augmentés. / In transport physics, especially in radiative transfer physics, the Monte-Carlo method has been originally developed as the simulation of the history of numerous particles, from which are deduced mean observables. This numerical method owes its success to several qualities : a natural management of many-dimensional phase space, a null systematic error away from the mathematical and physical model, the confidence intervals given with the results, an ability to take into account simultaneously numerous physical phenomenons, the simultaneous sensitivities calculating possibility, and an easy parallelization. In gas kinetics, particles collide each other, not with an external fixed medium ; it is said that their transport is non-linear. These mutual collisions put out of action the aforesaid approach of the Monte-Carlo method ; because in order to simulate the independent trajectories of multiple particles and thus estimate their distribution, this distribution must beforehand be exactly known...This thesis follows on from those of Jérémy DAUCHET (2012) and of Mathieu GALTIER (2014), dedicated to radiative transfer physics. Between other works, these authors have shown how the Monte-Carlo method can bear non-linearities, while keeping its customary formalism and specificities. The then overcome non-linearities were respectively a chemistry/irradiance coupling law, and the dependence of the irradiance toward the absorption coefficient. We try in this manuscript to overcome the non-linearity of the transport. In this aim, our main tools are a reverse following of particles, based on integral formulations of the transport equations, formulations largely inspired from the so-called null collisions algorithms. We show, on several academic examples, that we have indeed extended the Monte Carlo method to the resolution of the Boltzmann equation. These examples are also occasions to test the limits of what we have built. The most noteworthy results are certainly the absence of any mesh in the numerical method, and its capacity to calculate correctly the high-speed particles quantities (always rare compared to the total, in gas kinetics). Beyond the given examples, this manuscript is wanted as a formalism attempt and an exploration of the developed method basics. The focus is made on the reasoning leading to the method, rather than on particular implementations which have been realized. In the eyes of the author, the method is still largely reworkable. In particular, the maximal times on which the evolution of particles is computable, which constitute the main weakness of the developed numerical method, can surely be increased.