Comprendre les phénomènes consiste souvent a interroger les modèles mathématiques des systèmes considérés. En particulier. il s'agit d'obtenir par leur intermédiaire des réponses fiables aux questions de type « pourquoi'? ». Nous y réussissons dès lors que les modèles sont acceptables et intelligibles: c'est l'idée directrice de la thèse. Ce double réquisit est ainsi étudié; d'abord dans l'analyse des modèles analytiques puis dans celle des modèles de simulation. Cela a permis dans un premier temps de mettre en lumière le rôle positif des idéalisations dans la compréhension par les modèles analytiques. Puis, dans un second temps, il a été possible d'identifier les conséquences du tournant computationnel. Il demeure en effet un fossé entre le modèle computationnel et ses résultats, il cause, notamment de l'opacité épistémologique des simulations numériques. Or ce fossé semble doublement entraver notre compréhension des phénomènes simulés. En effet, d'une part, certaines difficultés d'ordre épistémologique, qui sont propre à la justification et a l'utilisation des modèles de simulation, contreviennent il leur acceptabilité. D'autre part, puisque la simulation ne peut pas faire l'objet d'une inspection directe, il est difficile pour l'utilisateur de faire la relation entre les résultats de cette simulation et le contenu du modèle : celui-ci devenant par là-même inintelligible. Néanmoins. les représentations visuelles semblent jouer un rôle fondamental en permettant de surmonter le problème de l'opacité des simulations et ainsi d'assurer une fonction explicative. / Understanding phenomena often requires using mathematical models of the target systems. ln particular, this requires obtaining. through them. reliable answers to why-questions. In this context, we achieve understanding once the models are acceptable and intelligible; this is the central assumption in this thesis. This double requirement is thus studied first in the analysis of analytical models. and then in the analysis of simulation models. This study first allowed us to highlight the positive role of idealizations in understanding through analytical models. Next, it allowed for an identification of the consequences of the computational turn. There is in fact a gap between a computational model and its results. partly because of the epistemic opacity of computer simulations. This gap seems to doubly hinder our understanding of simulated phenomena. On the one hand, some epistemological difficulties arise which are specific to the justification and the use of simulation models. These difficulties contravene their acceptability. On the other hand, since simulation is not open to direct inspection. it seems difficult for a user to make the relation between the model content and its results. Nevertheless, visual representations seem to play a fundamental function in allowing us to overcome the opacity issue. and thus to provide us with explanatory elements to our why-questions.

L’évaluation de performance de modèles est une étape fondamentale de leur développement et amélioration. Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit est consacré l’évaluation des modèles de propagation des incendies des forêts. Une revue des travaux a montré que si de nombreux éléments étaient disponibles, aucune solution normalisée et automatisable était proposée dans ce champ applicatif. Une solution à ce problème est proposée en déclinant une approche formelle développée dans le cadre de la théorie de la modélisation et simulation. Cette étape a permis de déterminer conceptuellement quels composants devaient être développés et comment les interconnecter.La réalisation de ce cadre a requis premièrement la normalisation de données disponibles pour les incendies de forêts, aucun standard de fichier ou même nomenclature n’étant disponible et/ou utilisé par les modélisateurs ou ingénieurs (observations ou simulation). Un ensemble de nom, notation et format d’encodage des données dans un conteneur NetCDF a pour cela été proposée. Une seconde étape a consisté à déterminer les métriques nécessaires à quantifier les erreurs de simulation (score de simulation). Si quatre méthodes standard ont pu être identifiées dans la littérature, nous avons pu montrer qu’elles se limitaient à la comparaison à un instant donné, ne pouvant donc rendre compte de la performance de la dynamique d’une simulation incendie. Cette problématique a été traitée en proposant deux nouvelles méthodes de calcul de score spécifiques. Ces différentes méthodes d’évaluations ont étés implantées au sein d’une bibliothèque de calcul. Enfin la réalisation d’une évaluation de modèles a été réalisée à l’aide d’une implantation du cadre définit précédemment. Cette évaluation a consisté à confronter quatre formulations de modèles de vitesse de front de flammes effectué sur 80 simulations d’incendies réels de manière complètement automatique. L’automatisation, et le non ajustement de paramètres, a ainsi permis de se rapprocher au plus près du contexte opérationnel où peu d’information locale est disponible, peu de temps après l’alerte de l’éclosion d’un incendie. Les résultats ont démontrés que cette approche est de nature à laisser apparaître une hiérarchie des performances de paramétrisations ou formulation relativement à une autre, sans toutefois être en mesure de donner une mesure absolue et objective de l’erreur modèle. / Performance evaluation of models is a fundamental step towards an efficient development and improvement. The research work presented in this manuscript is devoted to the evaluation of forest fire simulation models. Review of current work showed that if many elements were available, there were not any standardized and automated solutions proposed in this field. A solution for this problem is thus proposed, built upon a formal approach from the theory of modelling and simulation. This formal framework allowed to identify conceptually which components should be developed and how they would be interconnected.Realization of this frame required to start with a normalization of available wildfires data, as no standardized file or even nomenclature were available and/or used by all modellers and engineers (observations or simulation). A set of standard notation and name as well as a standard encoding data format in a scientific container NetCDF is proposed along with associated software.A second step is devoted to the identification of the scoring methods required to quantify the simulation error. If four standard methods have been defined in the literature, we have shown that these methods were limited for the comparison at specific time, not reporting clearly the performance of the simulation dynamics. This issue has been solved by proposing two new specific score calculation. These different evaluations methods are implanted in an open source computation library.Eventually, the realization of models evaluation was performed using an implementation of the proposed experimental frame. This evaluation consisted to confront four formulations of flame front velocity models on 80 real wildfire simulations in a fully automatic way. Because it was automatic, it implied that no parameters adjustments could be performed by an operator after the fire was observed; being more representative of an operational context with little information available immediately after a fire has been reported.The results have shown that this approach, while unable to provide an absolute measure of the model error is capable to reveal a hierarchy of performances between parameterizations or formulations.

L'optimisation de la distribution de l'eau est un enjeu crucial qui a déjà été ciblé par de nombreux outils de modélisation. Des modèles utiles, implémentés il y a des décennies, ont besoin d'évoluer vers des formalismes et des environnements informatiques plus récents. Cette thèse présente la refonte d'un ancien logiciel de simulation hydraulique (IRMA) écrit en FORTRAN, qui a été utilisé depuis plus de 30 ans par la Société du Canal de Provence, afin de concevoir et maintenir les réseaux de distribution d'eau. IRMA a été développé visant principalement pour le traitement des réseaux d'irrigation - en utilisant le modèle probabiliste d'estimation de la demande de Clément - et il permet aujourd'hui de gérer plus de 6.000 km de réseaux d'eau sous pression. L'augmentation de la complexité et de la taille des réseaux met en évidence le besoin de moderniser IRMA et de le réécrire dans un langage plus actuel (Java). Cette thèse présente le modèle de simulation implémenté dans IRMA, y compris les équations de perte de charge, les méthodes de linéarisation, les algorithmes d'analyse de la topologie, la modélisation des équipements et la construction du système linéaire. Quelques nouveaux types de simulation sont présentés: la demande en pointe avec une estimation probabiliste de la consommation (débit de Clément), le dimensionnement de pompe (caractéristiques indicées), l'optimisation des diamètres des tuyaux, et la variation de consommation en fonction de la pression. La nouvelle solution adoptée pour résoudre le système linéaire est décrite et une comparaison avec les solveurs existants en Java est présentée. La validation des résultats est réalisée d'abord avec une comparaison entre les résultats obtenus avec l'ancienne version FORTRAN et la nouvelle solution, pour tous les réseaux maintenus par la Société du Canal de Provence. Une deuxième validation est effectuée en comparant des résultats obtenus à partir d'un outil de simulation standard et bien connu (EPANET). Concernant les performances de la nouvelle solution, des mesures séquentielles de temps sont présentées afin de les comparer avec l'ancienne version FORTRAN. Enfin, deux cas d'utilisation sont présentés afin de démontrer la capacité d'exécuter des simulations distribuées dans une infrastructure de grille, utilisant la solution ProActive. La nouvelle solution a déjà été déployée dans un environnement de production et démontre clairement son efficacité avec une réduction significative du temps de calcul, une amélioration de la qualité des résultats et une intégration facilitée dans le système d'information de la Société du Canal de Provence, notamment la base de données spatiales.

CroBas-PipeQual a été élaboré pour étudier les effets de croissance des arbres sur la qualité du bois. Ainsi, il s’agit d’un modèle d’intérêt pour maximiser la valeur des produits extraits des forêts. Nous avons évalué qualitativement une version de CroBas-PipeQual calibrée pour le pin gris (Pinus banksiana Lamb.) de façon à vérifier l’intérêt de l’utiliser comme outil de planification forestière. Par la suite, nous avons fait une analyse de sensibilité et une calibration bayesienne à partir d’une table de production utilisée au Québec. Les principales conclusions sont: 1. Les prédictions de hauteur sont les plus sensibles aux intrants et aux paramètres liés à la photosynthèse; 2. La performance de CroBas est améliorée en tenant compte de la relation observée entre deux paramètres utilisés pour estimer la productivité nette et l'indice de qualité de station; et 3. CroBas requiert d’autres améliorations avant de pouvoir être utilisé comme outil de planification. / CroBas-PipeQual is a process-based forest growth model designed to study foliage development and how growth processes relate to changes in wood quality. As such, CroBas-PipeQual is of interest as a component model in a forest level decision support model for value assessment. In this thesis, the version of CroBas-PipeQual calibrated for jack pine (Pinus banksiana Lamb.) in Québec, Canada was qualitatively evaluated for use in forest management decision-making. Then, sensitivity analyses and Bayesian melding were used to create and calibrate a stand-level version of CroBas-PipeQual to local empirical height yield models in a hybrid-modelling approach. Key findings included: 1. Height predictions were most sensitive to input values and to parameters related to net photosynthesis; 2. Model performance was improved by varying two net-productivity parameters with site quality; and 3. Model performance needs further improvement before CroBas-PipeQual can be used as a component of a forest-management decision tool.

La projection hybride combinant la projection plasma et la refusion laser est une solution alternative permettant de diminuer ou même d'éliminer la présence de pores et de fissures au sein d'un dépôt brut de projection. Lors d'un procédé de projection plasma ou de refusion laser, le système substrat/dépôt subissant l'élévation de température,la fusion, la solidification et le refroidissement rapide est ainsi soumis à des gradients de température élevés, un niveau de contraintes élevé, et même un risque de formation de fissures. Il est alors important de pouvoir maîtriserles variations de température et la distribution des contraintes résiduelles au sein même du système. Concernantles travaux effectués dans cette thèse, des modèles thermiques et mécaniques ont été développés à l'aide dulogiciel ANSYS, de sorte à améliorer notre compréhension des comportements thermique et mécanique des revêtements élaborés par projection plasma avec refusion laser.Tout d'abord, la simulation du procédé de projection plasma a été développée afin de prédire les champs transitoires de température, la déformation finale de l'échantillon et les contraintes résiduelles dans des dépôts céramiques (alumine) et métalliques (NiCrBSi). Les contraintes résiduelles résultent de l'équilibre entre contraintes de trempe (toujours en tension) et contraintes thermiques lors du refroidissement final (en compression ou en tension suivant le cas). En raison de la faible limite d'élasticité du dépôt, les contraintes thermiques dominent les contraintes résiduelles dans le cas du dépôt d'alumine. En revanche, les contraintes de trempe dans le dépôt de NiCrBSi sont plus importantes. Par ailleurs, l'augmentation de l'efficacité du système de refroidissement mis en oeuvre permet de diminuer le niveau des contraintes résiduelles dans le dépôt d'alumine. Inversement les contraintes résiduelles au sein du dépôt de NiCrBSi augmentent lorsque le refroidissement en cours de projection est accru. L'analyse thermique permettant de simuler le procédé de refusion laser à posteriori d'un revêtement de NiCrBSi a été effectuée de sorte à évaluer les effets des paramètres du laser sur le champ de température engendré et laforme du bain refondu. Un coefficient d'absorption de 0.5 a été estimé par comparaison de l'épaisseur du bain refondu obtenue par les méthodes numérique et expérimentale. De plus, les morphologies de revêtements refondus ont été caractérisées par méthodes expérimentales. Selon l'analyse mécanique de la refusion laser à posteriori, les contraintes résiduelles sont en tension dans le dépôt refondu, mais en compression vers la zone non-refondue.Concernant le modèle portant sur l'élaboration de couches multiples, permettant de simuler le procédé de refusion laser in-situ, une diminution des contraintes transitoires au sein des couches préalablement élaborées est induite par l'accumulation progressive de chaleur au cours du processus d'élaboration. Après refroidissement final, les contraintes résiduelles suivant la direction de déplacement présentent une amplitude plus importante que suivant les autres directions. De plus, des solutions permettant de diminuer le niveau des contraintes dans le dépôt après refusion ont été recherchées, en faisant notamment varier l'efficacité du système de refroidissement ou le préchauffage du substrat. Il s'avère que l'amplitude des contraintes résiduelles dans le dépôt après refusion est plus sensible à la variation du préchauffage du substrat qu'à la modification de l'efficacité du système de refroidissement. / The hybrid spraying process consisting in plasma spraying and laser remelting is an alternative method to minimize or even eliminate the potential defects within the as-sprayed coatings.During the treatment of plasma spraying or laser remelting, the substrate/coating system undergoing heating, melting, solidification and fast cooling processes is submitted to high temperature gradients, high stress levels and even risks of crack formation. It is therefore important to control the temperature variation and stress level within the substrate/coating system. In this study, thermal and mechanical models established with ANSYS were developed to provide a fundamental understanding of thermal and mechanical behaviors of deposited coatings during plasma spraying and laser remelting processes.3D simulation models were first developed to predict the temperature field, the final deformation of the specimen, and the residual stresses within ceramic (alumina) and metallic (NiCrBSi) coatings. The final residual stresses result from the balance between quenching stresses (tensile) and thermal stresses (compressive or tensile). Due to the low value of the yield stress, the thermal stresses (compressive for that case) dominate the final stress level in the case of the ceramic coating (alumina). On the contrary, the final residual stresses within the NiCrBSi coating are tensile. It is also predicted that an increase of the cooling efficiency induces a lower stress level for the alumina coating, while improving the cooling efficiency slightly increases the residual stresses for the case of the metallic coating (NiCrBSi).Thermal analysis to predict laser post-remelting of a NiCrBSi coating was then carried out to investigate the effects of the laser parameters on the temperature field as well as on the remelted pool shape. An absorption coefficient of 0.5 was estimated by comparison of the remelted pool depths obtained by experimental and numerical methods. In addition, the morphologies of theremelted coating were characterized by experimental methods. According to the mechanical analysis for laser post-remelting of NiCrBSi coatings, the predicted residual stresses were tensile within the remelted coating, whereas those within the non- emelted zone were reversed from tensile before remelting to compressive after laser post-remelting. According to the numerical analysis of in situ laser remelting by a multi-layer model, transient stresses in the former deposited layers were decreased progressively due to the heat accumulation during the following deposition process. For the residual stresses after final cooling, the stress component along the displacement direction presents a higher level in comparison with the transverse andthrough thickness components. Solutions allowing decreasing the stress level within the remelted coating were studied by changing the cooling efficiency and the initial temperature of the substrate. It was noted that the generated residual stress (tensile) was more sensitive to the initial temperature of the substrate, than to the efficiency of the cooling system. In particular, increasing the initial temperature of the substrate could significantly decrease the stress magnitude within the remelted coating, and even reverse the residual stresses within the nonremelted part of the coating to compressive values.