Plusieurs machines actuellement utilisées, moteurs à combustion interne en automobile ou centrales thermiques dans l’énergie, rejettent de grandes quantités de chaleur. Généralement cette chaleur est dissipée dans l’atmosphère et son énergie perdue. Nous nous sommes donc intéressés aux moteurs à apport de chaleur externe dont l’énergie primaire est de l’énergie thermique, et plus particulièrement aux moteurs Stirling. L’une de ses principales caractéristiques est d’utiliser de la chaleur produite extérieurement comme source d’énergie. Ceci lui permet d’être multi-carburant et même d’utiliser de l’énergie thermique naturelle.L’étude menée comporte deux parties. Tout d’abord un modèle numérique zéro dimension, trois zones en temps fini a été développé. Il prend en compte les échanges thermiques aux parois et les pertes de charge, mais ne préjuge ni des dimensions moteur, ni des conditions de fonctionnement. Ceci lui permet de rester flexible pour s’adapter à l’architecture spécifique du moteur à simuler. Ensuite nous avons réalisé des mesures expérimentales sur deux moteurs de taille et puissance différentes (quelques watts et 1 kW). Ces résultats ont permis de valider le modèle. Au final nous avons obtenu un modèle numérique traduisant l’influence de paramètres dimensionnels et fonctionnels sur la puissance du moteur Stirling.Un outil d’aide à la conception de moteur Stirling a été développé en ajoutant au modèle un algorithme d’optimisation. Il permet une ébauche des caractéristiques d’un moteur Stirling. En fonction de l’application souhaitée et des contraintes s’y appliquant, il agit sur les caractéristiques choisies par l’utilisateur pour maximiser les performances. / Several machines currently used, internal combustion engines for the car industry or thermal power plants in energy, exhaust a considerable amount of heat. Generally this heat is dispersed in the atmosphere and its energy lost. So we took a special interest in external heat engines which primary energy is heat energy, and more particularly in Stirling engines. One of its main characteristics is the used of energy from heat produced externally like energy source. This allows Stirling engines to be multi-fuel and even to use natural heat energy.The study carried out is made up of two parts. First, a three zones zero dimensional finite-time thermodynamic model has been developed. It takes into account the heat transfer from the walls and the pressure drop, but does not prejudge the dimensions of the engine nor the conditions of its functioning. It is thus able to remain flexible and to adjust to the specific architecture of the engine that should be simulated. Afterwards, we have realized a series of experimental measures thanks to two engines different in size and power (a few Watt and 1 kW). These results allowed us to validate the model. In the end, we got a numerical model representing the influence of dimensional and functional parameters on the power of a Stirling engine.Eventually, a tool to assist in designing Stirling engines was developed adding an optimization algorithm to the model. It allows to sketch out a preliminary draft of the characteristics of a Stirling engine. Depending on the desired application and on the constraints exerted on the engine, the tool created will act on the characteristics of the engine chosen by the user to maximize its performances.

L’objectif premier de ce travail est l’étude puis la modélisation numérique 3D du fonctionnement hydrogéologique et salin actuel d’une partie de l’aquifère superficiel de la Moyenne Camargue afin de l’utiliser, dans un second temps, pour la prévision qualitative des modifications induites par le changement climatique. La caractérisation de l’aquifère a été mené selon deux approches : une étude structurale, en utilisant des sondages à la tarière et différentes techniques géophysiques (ERT, ES et cartographie EM), et une étude hydrogéologique, intégrée par plusieurs campagnes de pompages, suivi piézométrique et des prélèvements de l’eau souterraine. Cette méthodologie a servi pour caractériser la géométrie de l’aquifère superficiel ainsi que son fonctionnement actuel et les processus qui l’affectent. Divers phénomènes environnementaux ont été identifiés, tels que : un lessivage du sol grâce à l’action de l’irrigation, un endoréisme observé dans les zones basses produit par l’effet de l’évaporation, et la reproduction des fluctuations de l’étang de Vaccarès dans la piézométrie, jusqu’au moins 30 m de la rive. Le modèle numérique construit à partir des observations du terrain reproduit les principaux processus observés. Il met en évidence un possible flux sortant vers le Vaccarès et le rôle important du marais dans l’hydrodynamique et le comportement hydrosalin du système. Les résultats du modèle face aux différents scénarios de prédiction montrent une intrusion d’eau du Vaccarès et, donc, une salinisation du système induit par la remontée du niveau marin, ainsi que la présence de l’irrigation et le marais comme facteurs essentiels dans la neutralisation de cette salinisation. / The main objective in this investigation is to construct a representative 3D numerical groundwater flow model of a local superficial aquifer in the Medium Camargue plain to simulate the actual hydrogeological and salt behavior. The 3D model will be used, in a second time, to simulate modifications of the system behavior provide by climate changes. The characterization of the aquifer was carried out by two approaches: a structural survey, using auger drilling technique and some geophysics techniques (EM mapping ERT, ES and), and a hydrogeological survey composed by several pumping tests, piezometric monitoring and groundwater samples. The methodological approach used allowed characterizing the geometry, behavior of the system and the process governing performance of the superficial aquifer. Several environmental phenomena were been identified, such as: a soil’s leaching; an endorheic phenomenon at the lower elevation areas; and the reproduction of the Vaccares pond’s fluctuations at the water table, until 30 m from shore. The numerical model, which has been constructed through field observations, reproduces principal process of the aquifer. This model highlights a possible outflow from the aquifer to the Vaccares pond and the important role of marsh in the hydrodynamic and hydrosaline behavior of the system. The results of the prediction scenarios tested with the numerical model highlights a possible intrusion from Vaccares water and, therefore, a salinization of the system produced by increase of sea level rise. The important presence of the irrigation and the marsh to neutralize a future salinization has been exposed.

L’objectif de cette thèse est la détermination des causes du phénomène d'érosion marine, et la production de propositions d'orientation pour la protection de la plage de l’Almanarre. L'étude commence par la collecte et l'analyse de toutes les données disponibles, pour trouver des règles d’évolution du tombolo de Giens. Puis, le logiciel de modélisation MIKE a été appliqué pour confirmer l'hypothèse et à obtenir une meilleure connaissance de la dynamique à l’œuvre au tombolo Ouest. Ensuite, nous avons couplé des facteurs simultanément : les houles, les courants côtiers, et les transports des sédiments pour les différents régimes de houle et de vent dans MIKE 21. Enfin, la possibilité de stabiliser le tombolo Ouest est discutée pour donner des suggestions sur les choix de solutions adaptées. / The objective of this thesis is the determination of the causes of sea erosion phenomenon, and the production of policy proposals for the protection of the beach. The study begins with the collection and analysis of all available data, to find evolution rules of tombolo of Giens. Which aims to explain how the hydrodynamic processes and sediment transport occur. Then MIKE modeling software was applied to confirm the hypothesis and get a better understanding of the dynamics at work in the Western tombolo. Then, we coupled factors simultaneously: waves, coastal currents and sediment transport for different regimes of wave and wind in MIKE 21. Finally, the possibility of stabilizing the Western tombolo is discussed to give suggestions on the choice of solutions.

En viabilité hivernale, la prévision de l’état de surface des infrastructures s’avère indispensable, et permet une anticipation, une meilleure coordination et une efficacité d’intervention des services d’exploitation. La majorité des pays dispose de modèles de prévision de la température de surface d'infrastructures et des routes en particulier (TSR). La complexité de ces outils d’aide à la décision est croissante, pour servir au mieux les usagers et l’exploitant. Le microclimat urbain influence le bilan énergétique de surface selon différents processus : radiatifs, aérodynamiques et hydrologiques. Néanmoins, d’autres processus physiques anthropiques influencent cette TSR, tel que le trafic. Des travaux ont été menés par le passé concernant l’apport énergétique du trafic dans le bilan thermique de la ville. Celui-ci a fait l’objet d’études sur les périodes estivales et les îlots de chaleur urbains associés. Cependant, dans les cas de dégradations des conditions hivernales de circulation, ces apports énergétiques ont été intégrés de façon marginale dans la modélisation des paramètres de surface de la route. L’absence de cette contribution du trafic dans la modélisation du bilan énergétique de surface explique, dans une certaine limite, la prévision imparfaite de l’état de surface de la route. La bibliographie recense plusieurs études conduites afin d’identifier et de quantifier ces effets du trafic. Elles n'ont pas ou peu traité la perte ou le gain d'énergie causé par le passage des véhicules sur le bilan énergétique de surface, ou sur la modélisation de la TSR. Dans la présente étude, deux approches ont été proposées pour paramétrer le trafic dans le modèle numérique Town Energy Balance (TEB), l'une globale et la seconde détaillée. Leur analyse comparée indique que la seconde a significativement amélioré les résultats de la modélisation de la TSR. Les apports thermiques du trafic ont augmenté la TSR de 2 à 4°C pour la rapprocher des mesures expérimentales (écart de 0.5 à 1°C en moyenne). Elle est le résultat de l’effet cumulatif des différents processus physiques associés au trafic, et varie en fonction de ses paramètres (densité, vitesse de circulation, fluidité, etc.). Une étude de sensibilité a été menée afin d’apprécier les processus physiques responsables de l’amélioration de la TSR. Les résultats indiquent que l’effet turbulent, la densité de flux radiatif ainsi que la densité de flux due aux frottements des pneumatiques contribuent le plus à l'augmentation la TSR. Néanmoins la contribution énergétique de chacun de ces processus dépend à la fois des paramètres du trafic et des conditions météorologiques. Cette étude a présenté également une analyse préliminaire de l’influence de la lame d’eau présente en surface sur la TSR. Cette dernière décroit en fonction de l’épaisseur de la lame d’eau. Les facteurs anthropiques tels que le trafic et l’adjonction de fondants routiers sur la lame d’eau présente en surface sont décrits et discutés, et une paramétrisation proposée en perspectives / In winter maintenance, forecasting the infrastructure surface status is mandatory, to allow anticipation, better coordination and efficiency of services. The majority of countries have forecast models of the infrastructure surface temperature and especially roads one (RST). The complexity of these decision tools is growing, to best serve the users and managers. The urban microclimate influences the surface energy balance according to various processes: radiative, aerodynamic and hydrologic. However, other anthropogenic physical processes influence this RST, such as traffic. Studies have been carried out in the past about the traffic heat input in the town heat balance. These were conducted on the summer periods and associated urban heat islands. However, in case of traffic in adverse winter conditions, these energy contributions were marginally integrated into the modeling of the road surface parameters. The absence of this traffic's contribution in the surface energy balance modeling explains, to a given limit, the imperfect forecasting of road surface status. The literature identifies several studies conducted to identify and to quantify these effects of traffic. They have insufficiently or not treated the loss or gain on energy caused by circulating vehicles on the surface energy balance, or on modeling the RST. In this study, two approaches have been proposed to parameterize the traffic in the Town Energy Balance (TEB) numerical model, this first one being overall and the second one detailed. Their comparative analysis indicates that the second significantly improved the results of the RST modeling. The traffic heat inputs increased RST by 2 to 4°C, results being then closer to experimental measurements (average difference of 0.5 to 1°C). It is the result of the cumulative effect of the various traffic physical processes, and varies according to its parameters (density, vehicle velocity, fluidity, etc.). A sensitivity analysis was conducted to assess the physical processes responsible for the improvement of the RST. The results indicate that the turbulent effect, the radiative heat flux and flux density due to tires friction represent the greatest contribution to RST increase. Nevertheless the energy contribution of each of these processes depends both traffic parameters and weather conditions. This study also presented a preliminary analysis of the influence of a water layer over the surface on the RST. The latter decreases as a function of the thickness of the water layer. Anthropogenic factors such as traffic and the addition of de-icing products into the water layer present on the surface are described and discussed, and a parameterization proposed as a perspective

Le domaine maritime littoral constitue un milieu fragile, placé à l'interface Terre/Mer où s'exercent de nombreuses pressions issues des milieux terrestres, maritimes et atmosphériques. Les approches globales de Gestion Intégrée des Zones Côtières (GIZC) ont pour but de pallier les lacunes des politiques précédentes au niveau des interactions simultanées des différents acteurs du littoral. Cette approche requiert un Modèle Numérique de Terrain (MNT) littoral continu ainsi que des données maritimes et terrestres cohérentes entre elles. En raison d'acquisitions ou de productions différentes pour les MNT terrestres et maritimes, l'ensemble du relief n'est pas traité de manière ni homogène ni continue. De plus les techniques d'intégration des MNT actuelles entraînent des lissages des reliefs, voire la perte des éléments caractéristiques. Des outils et une nouvelle méthodologie d'intégration de MNT ont donc été définis. Les outils utilisent la distance de Fréchet pour calculer une distance maximale d'écartement entre les points homologues de deux lignes. La valeur de cette distance donne une mesure de ressemblance de forme qui sert de base à leur appariement ultérieur. La méthodologie de fusion proposée dans cette thèse se veut générique tout en s'appuyant sur les lignes caractéristiques spécifiques du paysage. Elle effectue un enchaînement de traitements répartis en trois étapes majeures : 1) transformations cartographiques et analyse des zones de recouvrement ; 2) segmentation et extraction de lignes caractéristiques ; 3) appariement et fusion à l'aide de déformations élastiques. Ces outils d'intégration ont été testés sur des données réelles en 2D pour la comparaison du trait de côte, puis validés sur des MNT simulés 3D.

Un modèle de croissance et de réponse à la radiothérapie pour le glioblastome multiforme (GBM) basé le formalisme du modèle de prolifération-invasion (PI) et du modèle linéaire-quadratique a été développé et implémenté. La géométrie spécifique au patient est considérée en modélisant, d'une part, les voies d'invasion possibles des GBM avec l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et, d'autre part, les barrières à la propagation à partir des images anatomiques disponibles. La distribution de dose réelle reçue par un patient donné est appliquée telle quelle dans les simulations, en respectant l'horaire de traitement. Les paramètres libres du modèle (taux de prolifération, coefficient de diffusion, paramètres radiobiologiques) sont choisis aléatoirement à partir de distributions de valeurs plausibles. Un total de 400 ensembles de valeurs pour les paramètres libres sont ainsi choisis pour tous les patients, et une simulation de la croissance et de la réponse au traitement est effectuée pour chaque patient et chaque ensemble de paramètres. Un critère de récidive est appliqué sur les résultats de chaque simulation pour identifier un lieu probable de récidive (SPR). La superposition de tous les SPR obtenus pour un patient donné permet de définir la probabilité d'occurrence (OP). Il est démontré qu'il existe des valeurs de OP élevées pour tous les patients, impliquant que les résultats du modèle PI ne sont pas très sensibles aux valeurs des paramètres utilisés. Il est également démontré comment le formalisme développé dans cet ouvrage pourrait permettre de définir un volume cible personnalisé pour les traitements de radiothérapie du GBM. / We have developed and implemented a model of growth and response to radiotherapy for glioblastoma multiforme (GBM) based on the proliferation-invasion (PI) formalism and linear-quadratic model. We take into account patient-specific geometry to model the possible invasion pathways of GBM with diffusion tensor imaging (DTI) and the barriers to dispersal from anatomical images available. The actual dose distribution received by a given patient is applied as such in the simulation, respecting the treatment schedule. The free parameters in the model (proliferation rate, diffusion coefficient, radiobiological parameters) are randomly chosen from a distribution of plausible values. A total of 400 sets of values for the free parameters are thus chosen for all patients, and a simulation of the growth and the response to treatment is performed for each patient and each set of parameters. A failure criterion is applied to the results of each simulation to identify a site of potential recurrence (SPR). The superposition of all SPR obtained for a given patient defines the occurrence probability (OP). We show that high OP values exist for all patients and conclude that the PI model results are not very sensitive to the values of the parameters used. Finally, we show how the formalism developed in this work could help to define a custom target volume for radiation treatment of GBM.

Actuellement, la plupart des fabricants de pompes à chaleur (PAC) fournissent les valeurs de coefficients de performances (COP) obtenus en laboratoire en conditions contrôlées et standardisées. Une méthode prometteuse, appelée méthode de mesure des performances dans la suite, d’évaluation des performances de PAC in situ, basée sur le bilan énergétique du compresseur, a été présentée par Tran et al. (2013). Cette méthode détermine le débit de fluide frigorigène et est compatible avec différents types de PAC, notamment air-air, et des cycles frigorifiques plus complexes.Tran et al. (2013) ont déterminé que l’incertitude sur l’évaluation de pertes thermiques du compresseur contribue à hauteur de 40% sur l’erreur d’estimation de la puissance thermique. L’objectif de cette thèse est d’établir une méthode simplifiée quant à l’instrumentation pour mesurer les pertes thermiques in situ. Pour cela, deux modèles numériques détaillés sont développés afin d’examiner la distribution de température sur l’enveloppe de deux types de compresseurs, scroll et rotary. Les mesures expérimentales fournies par un fabricant de compresseurs, Mitsubishi Heavy Industries (MHI), sont utilisées pour calibrer et valider les modèles numériques. Ces derniers permettent de définir deux protocoles de mesures différents pour les deux compresseurs. Ensuite, le protocole établi pour le compresseur rotary est intégré dans la méthode de mesures des performances. Les puissances thermiques calculées sont comparées avec des valeurs de référence, obtenues à partir d’un prototype en banc d’essai à EDF Lab Les Renardières. / Currently, most heat pump(HP) manufacturers provide coefficient of performance (COP) values obtained in laboratories under standardized controlled operating conditions. These COP values are not necessarily representative of those obtained on-field. A promising method, referred to as the performance assessment method, that measures heat pump performances in-situ based on compressor energy balance, was presented by Tran et al. (2013). The method determines refrigerant mass flow rate and has the capability of measuring performances of various HP types, such as air-to-air, as well as more complex refrigeration cycles. The method abstains from intrusive measurements, and is, therefore, perfectly suitable for in-situ measurements.As shown in the work of Tran et al. (2013), compressor heat losses account for 40% in the final uncertainty of performance values obtained with the performance assessment method. The objective of this thesis is to establish a rather simplified measurement method, in terms of instrumentation, that is used to determine compressor heat losses in-situ. For this purpose two detailed numerical models for assessing the temperature fields of the scroll and rotary compressor shells were developed. Experimental measurements obtained with the help of compressor manufacturer, Mitsubishi Heavy Industries (MHI), are used to validate and calibrate the numerical models. The developed numerical models allow to define two different measurement protocols for both compressors. Established compressor heat loss protocol for rotary compressor is then integrated in the performance assessment method and the obtained heating capacities are compared with reference measurements in an experimental test bench in EDF Lab Les Renardières.

Les tendances climatiques récentes montrent un réchauffement et un adoucissement des couches de surface dans la région du courant circumpolaire antarctique (ACC).Sur la même période, les vents d'ouest pilotant la circulation de l'océan Austral ont significativement augmentés. Cette augmentation est en partie liée à l'intensification du mode annulaire austral (SAM), principal mode de variabilité atmosphérique au sud de 20°S. Dans cette thèse, on s'intéresse à comprendre les effets de la tendance positive du SAM sur les propriétés des masses d'eau formées dans la région de l'ACC.A cette fin, on met en place une stratégie de simulations régionales couplées océan-glace de mer et forcées par une série de scénarios atmosphériques perturbés. Les scénarios atmosphériques sont construits à partir de réanalyses atmosphériques afin de décrire les différentes composantes (dynamiques et thermodynamiques) des changements liés au SAM.En réponse à l'intensification du SAM, les simulations montrent une forte salinisation de la couche de mélange océanique ainsi que des eaux modales (SAMW) et intermédiaires (AAIW).L'essentiel de ces changements peut être attribué aux composantes dynamiques du SAM. Dans les régions saisonnières englacées, les composantes thermodynamiques du SAM peuvent jouer un rôle important (en particulier en mer d'Amundsen et en mer de Weddell). Les simulations montrent également le rôle clef joué par la glacede mer dans la médiation des changements atmosphériques vers l'océan intérieur. Ces résultats de simulations suggèrent que le SAM ne serait pas le seul pilote des tendances climatiques récentes dans l'océan Austral. / Recent climate trends show a warming and freshening of the surface layers in the region of the Antarctic Circumpolar Current (ACC). Over the same period, the westerlies driving the circulation of the Southern Ocean have significantly increased. This increase is partly due to the intensification of the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of atmospheric variability south of 20°S. In this thesis, we are interested in understanding the effects of the positive trend of the SAM onto the properties of water masses formed in the region of the ACC. To do so, we implement a strategy of regional coupled ocean-sea ice simulations forced by a series of atmospheric disturbance scenarios.These scenarios are constructed from atmospheric reanalyses in order to describe the various components (dynamic and thermodynamic) of the changes related to the SAM. In response to the increase of the SAM, the simulations show a significant salinification of the ocean mixed layer and of the mode water (SAMW) and intermediate water (AAIW).Most of these changes can be attributed to the dynamic components of the SAM. In Seasonal Ice Zone, the thermodynamic components of the SAM can play an important part (especially in Amundsen Sea and Weddell Sea). The simulations also show the key role played by sea ice in mediating atmospheric changes toward the interior ocean.These simulation results suggest that SAM is not the only driver of recent climate trends in the Southern Ocean.

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient repartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incite à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations. Nous présentons les modèles et validons la modélisation intégrant les mécanismes physiques au niveau du pore et, grâce a la transformation de Laplace, la diffusion moléculaire.

L'objectif de ce travail est de modéliser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés. Ceci concerne précisément l'amélioration et l'extension d'un modèle par éléments discrets appelé BRIG3D. Ce modèle assimile un massif rocheux fissuré à un assemblage de blocs rigides qui interagissent au niveau de leurs interfaces. La déformation de ces interfaces est reliée aux déplacements relatifs des blocs. Sous l'effet des sollicitations du massif, chaque bloc, en interaction avec d'autres, se déplace vers une position d'équilibre. Les améliorations concernent la reformulation mécanique de BRIG3D. De nouvelles descriptions concernant le mouvement d'un corps rigide, la position des interfaces et le champ des contraintes sont introduites. Ce travail de recherche concerne également l'introduction d'un modèle par éléments frontières décrivant un écoulement laminaire, permanent et plan aux interfaces des blocs. Le couplage de ces deux modèles à permis d'analyser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés soumis à diverses sollicitations. Une étude particulière a été consacrée à l'analyse du comportement d'une fondation de barrage.