Dans un contexte de protection des biens et des personnes, le CEA DAM s’intéresse aux mousses aqueuses pour leur capacité à confiner une détonation.D’une part, le but est d’atténuer les effets de souffle liés à la détonation d’un engin explosif. D’autre part, il est souhaitable de ralentir ou de capturer les particules solides, potentiellement nocives, qui pourraient être dispersées.L’objectif de cette thèse est de comprendre les phénomènes physiques sous-jacents à ces deux problématiques, au travers de la réalisation d’expériences et de leur modélisation numérique.Les mousses aqueuses sont des milieux diphasiques, assemblages de bulles de gaz encapsulées dans une matrice de films liquides et de Bords de Plateau.Cette étude se concentre sur les mousses communément dites sèches, i.e. dont la fraction volumique de liquide est inférieure à 5%. Les travaux réalisés sont présentés en trois grandes parties. La première concerne la propagation des ondes de choc dans les mousses aqueuses. Elle présente une campagne expérimentale en tube à choc, menée à l’ENSTA Bretagne, dont les résultats permettent la mise en évidence de l’influence du gaz composant la mousse sur le ralentissement et l’atténuation du front de choc.La deuxième partie s’intéresse à l’atténuation des ondes de souffle issues d’une détonation. Deux campagnes ont été conduites : l’une à l’ISAE-ENSMA en mettant en œuvre un tube à détonation rempli d’un mélange réactif gazeux, l’autre au CEA/Gramat en utilisant la détonation d’un explosif solide en champ libre. Ces deux configurations amènent à l’observation de l’atténuation des phénomènes de souffle provenant de la détonation.Le modèle numérique qui s’appuie sur un formalisme multiphasique compressible, a permis d’appréhender la phénoménologie et l’importance relative des différents mécanismes de transferts entre phases, en y incluant notamment deux étapes de fragmentation de la mousse. Les résultats expérimentaux des trois précédentes campagnes et les résultats numériques sont en très bon accord.La dernière partie concerne l’étude du ralentissement et de la capture de particules micrométriques par la mousse aqueuse. Deux campagnes ont été menées à cet effet. La première consiste à étudier la dynamique à haute vitesse d’un nuage de particules métalliques, qui a été projeté par un explosif au sein d’une mousse. A l’aide de radiographies X, la position et la forme du nuage sont analysées au cours de sa propagation. Le freinage des particules parla mousse est manifeste. La deuxième campagne quantifie le taux de particules capturées par un confinement de mousse aqueuse.Ainsi, une comparaison de la dispersion de particules métalliques micrométriques a été effectuée pour différentes tailles de confinement. Ces résultats ont permis d’attester des bonnes propriétés de capture des particules dispersées par une charge explosive dans les mousses aqueuses. / In order to improve the protection of goods and persons, the French CEA DAM is interested in aqueous foams for their ability to mitigate the detonation outcome. Two objectives are put forward. The first one is to attenuate the blast effects induced by the detonation of an explosive device. The second one is to slow down or to capture potentially harmful solid particles, which could be dispersed by the considered device.As such, the aim is to understand the underlying physics of such phenomenon. Several experiments have been undertaken and compared to a multiphase numerical modelling.Aqueous foam is a two-phase medium, composed of gaseous bubbles within a liquid matrix made of films and Plateau Borders. This study focuses on dry aqueous foams, i.e. with a liquid volumic fraction lower than 5%. The presentation of the study is divided into three parts. The first one deals with the shock wave propagation through aqueous foam. An experimental campaign on a shock tube, at ENSTA Bretagne, is presented, whose results highlight the influence of the gas which fills the cells of the foam on the shock front behavior.The second part is related to the blast wave attenuation. Two experimental campaigns were conducted: one in a detonation tube with a reactive gaseous mixture, at ISAE-ENSMA and another one, using condensed explosive, at CEA/Gramat. In both cases, the results lead to the mitigation of the detonation induced blast effects.There is a good agreement between these three experimental results and the numerical results from the multiphase model. This enables us to clarify the phenomenology and quantify the different interphase exchange, which evolve as the foam fragmentation proceeds in two steps.The last part is about the aqueous foam ability to slow down or to capture micrometric particles. Two campaigns were conducted on this subject. The first one studied the high velocity dynamics of a cloud of particles propelled by an explosive into an aqueous foam. Using X-ray radiography, both the position and the shape of the cloud are analysed during its propagation through the foam. A strong decrease in speed of the particles is observed. The second campaign aimed to quantify the particle ratio captured by an aqueous foam confinement. To that end, several sizes of aqueous foam confinement have been compared. The results show the good properties of the foam to inhibit the particle dispersal by an explosive.

Les vibrations dans les sols constituent un problème environnemental de plus en plus important. Cette étude adresse plusieurs aspects des vibrations du sol. Les conditions locales du site et l'amplification des ondes sismiques représentent un sujet largement étudié en sismologie et en ingénierie sismique. Bien que la plupart des études soient consacrées à la sismologie d'ingénierie et à l'ingénierie sismique, des approches similaires pour la classification des sols et l'amplification du site n'ont pas encore été pleinement établies dans le domaine des vibrations urbaines.D'abord, une stratégie d’optimisation pour la méthode des couches absorbantes a été développée afin d'améliorer la précision des modèles par éléments finis. La conception de couches absorbantes simples en éléments finis par l'annulation de la partie réelle des ondes réfléchies dans le domaine du nombre complexe s'est révélée efficace lorsqu'elle est couplée à la réduction de la rigidité de la couche absorbante. Une réduction excessive de la rigidité ainsi que l'augmentation excessive du facteur de rigidité dans la matrice d'atténuation ont permis une grande réduction de la taille de la couche absorbante et par suite la conception d'une couche absorbante moins coûteuse.Ensuite, une partie importante du travail a été consacrée à la dérivation d'un nouvel ensemble de paramètres du type gradient de vitesse qui contrôle le transfert des vibrations à travers des sols multicouches. L'absence d'une approche compréhensive et bien structurée pour la prédiction et la classification des sites pour les problèmes de vibration laisse le problème large et compliqué. Différents sites ayant différentes propriétés mécaniques et géométriques ont été examinés à l'aide des éléments finis. Les réponses des sites ont été formulées dans des approches spectrales et temporelles simples. Les paramètres nouvellement dérivées ainsi que les lois spectrales servent de moyen de classification des sols multicouches pour les problèmes de vibrations et peuvent même être utilisées à des fins de conception.D’ailleurs, un outil d'intelligence artificielle pour prédire la réponse du sol en utilisant les paramètres précédemment dérivées associées aux propriétés géométriques de la couche de surface a été développé. L'outil des réseaux neurone a été utilisé pour analyser les effets paramétriques des paramètres de gradient de vitesse par rapport à la profondeur de la couche de surface. Des conclusions importantes ont été tirées de l'analyse concernant les propriétés mécaniques et géométriques des couches multiples et leurs effets variantes avec la distance de la source.Enfin, les enregistrements de sources multiples ont été étudiés en les comparants aux réponses spectrales des différents sites définis dans les sections précédentes. Le taux d'appariement entre le contenu spectral d'une source particulière et un site donné sert à évaluer l’aléa vibratoire causé par cette source au site correspondant. L'évaluation des risques de vibrations conduit à un lien de classification entre les sources d'une part et les sites caractérisés par des paramètres à gradient de vitesse d'autre part / Ground vibration is an increasingly important environmental problem. This study investigates multiple aspects of ground vibration. Local site conditions and the related amplification of seismic waves represent a widely studied topic in seismology and earthquake engineering. While most of the studies are dedicated to engineering seismology and earthquake engineering, similar approaches for soil classification and site amplification have not been yet fully established in the field of urban vibrations.First an improvement strategy for absorbing layer method was developed in order to enhance precision of the FEM models. The design of simple absorbing layers in FEM through the nullification of the real part of reflected waves in the complex number domain proved to be efficient when coupled with the stiffness reduction of the absorbing layer. Excessive reduction of the stiffness along with the excessive increase of the stiffness factor in the attenuation matrix enabled a large reduction in the size of the absorbing layer and therefore the design of an inexpensive absorbing layer.Afterwards an important part of the work was dedicated to the derivation of a new set of parameters of the velocity-gradient type that controls the vibration transfer through multilayered soil. The absence of a well-structured comprehensive approach for prediction and site classification for vibration problems leaves the problem broad and complicated. Different sites with different mechanical and geometrical properties were examined using FEM and their surface response was studied. Sites responses were formulated in simple time domain and spectral approaches. The newly derived proxies along with the spectral laws serve as a classification mean for multilayered soils in the vibration problem and may even be used for design purposes.An artificial intelligence tool for predicting soil response using the previously derived proxies coupled with the geometrical properties of the surface layer was later developed. The neural networks tool was used to analyze the parametric effects of the velocity-gradient proxies versus that of the surface layer’s depth. Important conclusions were derived from the analysis regarding the mechanical and geometrical properties of multiple layers and their varying effects with distance from the source.Finally multiple sources recordings were studied through comparing them with the spectral responses of different sites defined in the previous sections. The rate of matching between the spectral content of a particular source and a given site serves as a mean to assess the vibration hazard caused by this source to the corresponding site. The vibration hazard assessment leads to a classification link between sources in one hand and sites characterized by velocity-gradient proxies on the other hand

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez les hommes dans la plupart des pays développés. C'est le cancer le plus fréquent chez les hommes en France (73.609 cas en 2014) et en Colombie (9564 cas en 2014). En outre, c'est la troisième cause de décès par cancer chez les hommes dans les deux pays (9,3 % en France et 7,1 % en Colombie en 2014). L'une des techniques de traitement est la radiothérapie externe, qui consiste à délivrer un rayonnement ionisant à une cible clinique, à savoir la prostate et les vésicules séminales. En raison des variations anatomiques au cours du traitement, qui consiste en environ 40 fractions de rayonnement délivrant une dose totale allant de 70 à 80Gy, des marges de sécurité sont définies autour de la cible tumorale lors de la planification du traitement. Ceci entraîne des portions d'organes sains voisins de la prostate - la vessie et le rectum - à être inclus dans le volume cible, pouvant conduire à des événements indésirables affectant les fonctions urinaires (hématurie et cystite, entre autres) ou rectale (saignement rectal, incontinence fécale, Etc.). La vessie présente les plus grandes variations de forme entre fractions de traitement, provoquées par des changements continus de volume. Ces variations de forme introduisent des incertitudes géométriques qui rendent difficile l'évaluation de la dose réellement délivrée à la vessie pendant le traitement. Ces incertitudes limitent la possibilité de modéliser une relation dose-volume pour la toxicité génito-urinaire tardive (GU). Le projet QUANTEC (Quantitative Analysis of Normal Tissue Effects in the Clinic) a déclaré que la relation dose-réponse pour la toxicité gastro-intestinale tardive (GI) était loin d'être établie. Les variables dosimétriques obtenues à partir de la tomodensitométrie de planification peuvent être faiblement représentative de la dose effectivement administrée. En conséquence, il est crucial de quantifier les incertitudes produites par les variations inter-fraction de la vessie afin de déterminer les facteurs dosimétriques qui affectent les complications GU tardives. Le but de cette thèse était donc de caractériser et de prédire les incertitudes produites par les variations géométriques de la vessie entre les fractions de traitement, en utilisant uniquement la tomodensitométrie de planification comme information d'entrée. En pratique clinique, une seule tomodensitométrie est disponible au moment de la planification du traitement pour un patient typique, alors que des images supplémentaires peuvent être acquises en cours de traitement. Dans cette thèse une approche population a été utilisée pour obtenir suffisamment de données pour apprendre les directions les plus importantes du mouvement et de la déformation de la vessie en utilisant l'analyse en composante principales (ACP). Comme dans les travaux de référence, ces directions ont ensuite été utilisées pour développer des modèles basés population pour prédire et quantifier les incertitudes géométriques de la vessie. Cependant, nous avons utilisé une analyse longitudinale afin de caractériser correctement la variance du patient et les modes spécifiques du patient à partir de la population. Nous avons proposé d'utiliser un modèle à effets mixtes (ME) et une ACP hiérarchique pour séparer la variabilité intra et inter-patients afin de contrôler les effets de cohorte confondus. Finalement, nous avons présenté des modèles sur l'APC comme un outil pour quantifier des incertitudes de la dose produit par le mouvement et déformation de la vessie entre fractions. / Prostate cancer is the most common cancer amongst the male population in most developed countries. It is the most common cancer amongst the male population in France (73.609 cases in 2014) and in Colombia (9564 cases in 2014). It is also the third most common cause of cancer deaths in males in both countries (9.3% and 7.1% in France and in Colombia in 2014, respectively). One of the standard treatment methods is external radiotherapy, which involves delivering ionizing radiation to a clinical target, namely the prostate and seminal vesicles. Due to the uncertain location of organs during treatment, which involves around forty (40) radiation fractions delivering a total dose ranging from 70 to 80Gy, safety margins are defined around the tumor target upon treatment planning. This leads to portions of healthy organs neighboring the prostate or organs at risk — the bladder and rectum — to be included in the target volume, potentially resulting in adverse events affecting patients’ urinary (hematuria and cystitis, among others) or rectal (rectal bleeding, fecal incontinence, etc.) functions. The bladder is notorious for presenting the largest inter-fraction shape variations during treatment, caused by continuous changes in volume. These variations in shape introduce geometric uncertainties that render assessment of the actual dose delivered to the bladder during treatment difficult, thereby leading to dose uncertainties that limit the possibility of modeling dose-volume response for late genitourinary (GU) toxicity. The Quantitative Analysis of Normal Tissue Effects in the Clinic (QUANTEC) project has stated that a similar dose-response to that of late gastrointestinal (GI) toxicity is far from being established. The dosimetric variables obtained from the planning CT prove to be very poor surrogates for the real delivered dose. As a result, it appears crucial to quantify uncertainties produced by inter-fraction bladder variations in order to determine dosimetric factors that affect late GU complications. The aim of this thesis was thus to characterize and predict uncertainties produced by geometric variations of the bladder between fractions, using solely the planning CT as input information. In clinical practice, a single CT scan is only available for a typical patient during the treatment planning while on-treatment CTs/CBCTs are seldom available. In this thesis, we thereby used a population approach to obtain enough data to learn the most important directions of bladder motion and deformation using principal components analysis (PCA). As in groundwork, these directions were then used to develop population-based models in order to predict and quantify geometrical uncertainties of the bladder. However, we use a longitudinal analysis in order to properly characterize both patient-specific variance and modes from the population. We proposed to use mixed-effects (ME) models and hierarchical PCA to separate intra and inter-patient variability to control confounding cohort effects. . Subsequently, we presented PCA models as a tool to quantify dose uncertainties produced by bladder motion and deformation between fractions.

Les absorbeurs de chocs en matériaux composites sont capables de dissiper une grande quantité d'énergie, grâce à une compétition de deux mécanismes que sont le délaminage et la fragmentation des plis en compression. Ce second mode de rupture a pour origine le plissement, qui s'initie de façon intrinsèque à l'échelle des fibres. Cette thèse est une contribution à la modélisation multi-échelles de la rupture en compression pour la simulation de structures composites. A cette fin, on propose une stratégie en trois étapes. La première consiste à construire un modèle microscopique capable de représenter la physique du plissement. La difficulté est d'intégrer les influences pertinentes en termes de contrainte ultime et d'énergie absorbée, en particulier l'influence des défauts et du cisaillement. La seconde étape consiste à homogénéiser la réponse de ce micromodèle pour une variété de chargements représentatifs. Un modèle de comportement original et paramétré par les défauts de la microstructure est proposé. Il intègre des lois de comportement déterministes, identifiées par des simulations du micromodèle numérique. Enfin, la troisième étape a pour objet d’intégrer ce comportement basé sur la micromécanique dans un modèle à l'échelle du pli, existant et validé. L'implantation est réalisée dans le cadre d’un code de calcul hybride continu/discret, pour mener des simulations d'échantillons et observer les interactions entre le plissement et les autres modes de dégradation. / Composite shock-absorbing devices can dissipate a large amount of energy, thanks to the combined action of delamination and fragmentation of the plies in compression. The latter failure mode is due to kinking, which naturally arises at the scale of the fibers. This Ph.D. is a contribution to the multiscale modeling of this phenomenon for the simulation of composite structures. Therefore, three-step-strategy is adopted. The first step deals with the design of a microscopic model able to represent the kinematics and kinetics of kinking. The difficulty is to include all relevant parameters in terms of ultimate stress and dissipated energy, particularly defects and shear. The second step deals with the nonlinear homogenization of the micromodel reponse for several load paths. This is done by postulating an original constitutive model with a parametric influence of defects. It includes deterministic constitutive laws which are identified through numerical tests on the microstructure. Finally, the third step deals with the introduction of this micromechanics-based behavior in an existing and validated model at the scale of the plies. It is implemented in the framework of a hybrid continuous/discrete computation code, in order to perform sample-scale simulations and observe interactions between kinking and other failure mechanisms.

L'étude de l'atmosphère de la planète Mars repose sur la compréhension de sa structure thermique et du cycle de ses aérosols (poussière minérale et glace d'eau). Pour cela, une méthode de choix est l'utilisation d'un modèle de climat général, comparé aux observations satellite. Dans cette thèse, j'emploie le modèle de climat du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD), en incluant tout d'abord un schéma de microphysique de la glace d'eau, ce qui permet de mieux reproduire les observations satellite du cycle de l'eau martien. Je poursuis cette étude en mettant en place un schéma d'assimilation de données pour le modèle du LMD. L'assimilation de données est une technique permettant d'estimer l'état atmosphérique grâce à une combinaison optimale d'un modèle et d'observations. L'objectif est d'assimiler des observations de profils verticaux de température, poussière, et glace de l'instrument Mars Climate Sounder avec une méthode de filtre de Kalman d'ensemble. L'assimilation de la température seule montre la nécessité d'estimer la présence et la quantité de poussière au moyen des covariances de l'ensemble pour diminuer le biais entre modèle et observations. L'assimilation conjointe des profils verticaux de température, poussières, et glace d'eau montre que les limitations de l'assimilation sont dues aux biais du modèle : phasage de l'onde de marée thermique, observations de variations diurnes inexpliquées de la poussière, mauvaise prédiction sur l'emplacement des nuages de glace d'eau, et un biais froid du modèle sous le niveau de 100 Pa. Toutefois, l'estimation de la poussière permet une prédictibilité du modèle jusqu'à plus d'une dizaine de jours dans cas les plus favorables. / The study of the atmosphere of Mars is based on the understanding of its thermal structure and the cycle of its aerosols (airborne dust and water ice). To do so, one preferred method is the use of a global climate model, compared to satellite observations.In this thesis, I employ the Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) global climate model, first including a microphysical scheme of water ice clouds, resulting in a better reproduction of satellite observations of the Martian water cycle.I continue this study with the setup of a data assimilation scheme for the LMD model. Data assimilation is a technique that estimates the atmospheric state using an optimal combination of a model and observations. The goal is to assimilate observations of vertical profiles of temperature and aerosols from the instrument Mars Climate Sounder with an ensemble Kalman filter technique. The assimilation of temperature only shows the necessity to estimate dust using the ensemble covariances in order to decrease the bias between model and observations. The joint assimilation of vertical profiles of temperature, dust, and water ice shows that the assimilation performance is limited due to model biases: an incorrect phasing of the thermal tide, unexplained observed dust diurnal variations, a wrong prediction of water ice clouds location, and a model cold bias for temperatures below 100 Pa. However, dust estimation makes possible the predictability of the atmosphere, up to around ten days in the most favorable cases.

L'électrolyse de l'eau à haute température permet de produire de l'hydrogène et de l'oxygène à partir d'eau, d'électricité et de chaleur grâce à une cellule électrochimique en céramique. Le travail sous pression est étudié afin d'éviter une étape de pressurisation du gaz nécessaire au stockage de celui-ci. Un autoclave fonctionnant jusqu'à 850 °C et 30 bar a été conçu et deux modèles de demi-cellule représentant respectivement l'électrode à hydrogène et l'électrode à oxygène ont été développés pour cette étude.Le modèle a montré que la pression aide l'approvisionnement en vapeur d'eau jusqu'aux sites réactionnels. Les taux de conversion de la vapeur en hydrogène atteignent plus de 95 % à partir de 5 bar.Le modèle du côté oxygène montre un effet thermodynamique négatif de la pression qui est prédit par l'équation de Nernst. Il permet d'étudier les surpressions à l'intérieur de l'électrode et donc le risque de délamination de l'électrode. Le travail sous pression permet de réduire ce risque en diminuant de 96 % les surpressions entre 1 et 30 bar.Le banc a permis d'étudier expérimentalement l'électrode à oxygène grâce à un montage à trois électrodes. Ses performances sont améliorées avec la pression, ce qui permet de compenser l'effet thermodynamique négatif. Les gains de performance s'expliquent par l'effet mécanique de la pression, permettant d'améliorer les contacts au sein de l'électrode mais aussi par une amélioration de la circulation de gaz et une amélioration de la cinétique des réactions d'adsorption/désorption à la surface de l'électrode. / In order to improve the industrial attractiveness of high temperature steam electrolysis (HTSE), the increase in the operating pressure is one of the most promising solutions. In this context, this study is dedicated to the analysis of the pressure influence on the electrochemical reactions occurring in HTSE. A Model and experimental results dealing with the effect of pressure increase have been carried out. Concerning the cathodic side model, the limiting current density due to the lack of steam is shifted towards higher steam conversion rates by increasing the operating pressure. Regarding the anodic side, a negative thermodynamic effect is predicted by Nernst equation but no negative effect appears at high current density. Furthermore, the overpressure at the oxygen electrode decreases with the operating pressure (and so the risk of delamination is reduced). At the same time, experimental studies on three electrodes cell until 30 bars have been lead on the oxygen electrode. A positive effect of the pressure on the oxygen side performances has been observed. This gain in performance could be explained by three different mechanisms. The mechanic effect of pressure increase contact inside the electrode. Furthermore, high pressure improves gas circulation and adsorption/desorption kinetics at the surface of electrode.

La région arctique s’ouvre peu à peu aux activités humaines, en raison du réchauffement climatique et de la fonte des glaces, dûs en partie aux effets radiatifs des aérosols et de l'ozone. En conséquence, les émissions locales de pollution en Arctique pourraient augmenter, et devenir prépondérantes comparées à la source historique liée au transport de pollution depuis les moyennes latitudes. Dans cette thèse, j’effectue des simulations régionales de la troposphère arctique avec le modèle WRF-Chem, combiné à de nouveaux inventaires des émissions de pollution locales en Arctique (navigation et torches pétrolières). Deux cas d’étude issus de campagnes de mesure par avion sont analysés. Premièrement, j’étudie un évènement de transport d’aérosols depuis l’Europe au printemps 2008, afin d’améliorer les connaissances sur cette source majeure de pollution. Deuxièmement, je détermine l’impact des émissions de la navigation en Norvège en été 2012, où la navigation Arctique est actuellement la plus intense. J’utilise ces cas d’étude pour valider la pollution modélisée et améliorer WRF-Chem en Arctique. J’effectue avec ce modèle amélioré des simulations des impacts actuels (2012) et futurs (2050) de la navigation et des torches pétrolières en Arctique. Les résultats indiquent que les torches sont et devraient rester une source majeure d’aérosols de carbone suie réchauffant en Arctique. La navigation en Arctique est une source de pollution importante en été et, en 2050, pourrait devenir une source majeure de pollution locale. / The Arctic is increasingly open to human activity due to rapid warming, associated with decreased sea ice extent. This warming is due, in part, to the effect of short-lived atmospheric pollutants (aerosols, ozone). As a result, Arctic pollutant emissions should increase in the future, and their impacts might become significant compared to the now predominant source due to pollution transport from the mid-latitudes. In this thesis, regional simulations of the Arctic troposphere are performed with the WRF-Chem model, combined with new emission estimates for oil and gas extraction and shipping in the Arctic. The model is used to analyze two case studies from recent airborne measurement datasets: POLARCAT-France in 2008, ACCESS in 2012. First, I investigate an aerosol transport event from Europe to the Arctic in spring 2008, in order to improve our understanding of this major source of Arctic pollution. Second, I determine the air quality and radiative impacts of shipping emissions in Northern Norway in summer 2012, where most current Arctic shipping occurs. I use these results to validate modeled pollution, and to improve WRF-Chem for Arctic studies. The updated model is used to investigate the current (2012) and future (2050) impacts of Arctic shipping and Arctic gas flaring in terms of air quality and radiative effects. Results show that Arctic flaring emissions are and should remain a strong source of local black carbon aerosols, causing warming, and that Arctic shipping is already a strong source of aerosols and ozone during summer. In 2050, diversion shipping through the Arctic Ocean could become a major source of local surface aerosol and ozone pollution.

La photosynthèse consiste en la conversion photo-induite du dioxyde de carbone et de l'eau en matière organique et en dioxygène. Utilisée par les algues, les plantes ou certaines bactéries, la photosynthèse est pourtant intrinsèquement bridée puisque seulement 4 % de l'énergie lumineuse sont convertis en énergie chimique. Sous forte irradiation, ceci peut engendrer une dénaturation de l'appareil photosynthétique. Par ailleurs, dans le contexte environnemental actuel, cette limitation représente également une opportunité d'utiliser l'énergie non convertie sous forme d'énergie électrique. Le travail présenté dans ce manuscrit a donc pour but de créer une voie secondaire d'écoulement des électrons photosynthétiques excédentaires afin de réduire l'endommagement du système sous forte irradiation et de les transcrire sous la forme d'un photo-courant. C'est pourquoi un système impliquant une électrode collectrice de carbone et des médiateurs redox de type quinone a été envisagé. La capacité acceptrice de certaines quinones, connues pour être de bons accepteurs du Photosystème II, a été évaluée au moyen d'études de fluorescence. La facilité de restitution des électrons dérivés par les quinones réduites a été quant à elle étudiée par électrochimie. Au bilan, les meilleures quinones (DCBQ, PPBQ) permettent d'obtenir des photo-courants de l'ordre de quelques µA.cm-2. La corrélation entre données expérimentales et théorie a également permis de mieux cerner le mécanisme de dérivation des électrons photosynthétiques par les quinones exogènes mais aussi de mettre en évidence des effets d'empoisonnement et/ou de perte d'accepteur dans les membranes. / Photosynthesis can be views as the conversion of carbon dioxide and water into organic matter and dioxygen. Used by algae, plants or some bacteria, photosynthesis efficiency is limited because only 4% of light energy is converted into chemical energy. Under high light conditions, this can induce serious damages of the photosynthetic machinery. Besides, if considering the current environmental context, this limitation is an opportunity to use the part of not converted energy to generate some useable electricity. The aim of the work developed in this manuscript is thus to create an additional pathway for derivating the photosynthetic electrons flow. In this way, the system damages are expected to be reduced under hight light conditions as well as some photocurrent to be generated. This is why an experimental set-up involving carbon working electrode and some quinone type redox mediators has been developed. The quinone ability to accept some electrons from Photosystem II has been studied by the mean of fluorescence techniques. Their ability to be re-oxidised at the carbon electrode surface has been investigated by cyclic voltametry. As a conclusion, the best quinones (selected after the fluorescence investigations) are DCBQ and PPBQ and correspond to photocurrent values about several µA.cm-2. A correlation between experimental data and theoretical predictions helped us to best understand the photosynthetic electrons derivation pathway and to evidence concomitant phenomenon like poisoning and quinone partition effects.

Dû à leur impact destructeur et meurtrier, il est important de comprendre la dynamique des tsunamis afin d'améliorer les modèles de prévention et d'alerte. Le peu de données disponibles in situ rend la génération des tsunamis peu connue. Les modèles de générations, notamment la génération sismique qui est considérée ici, simplifient les phénomènes mis en jeu. De nombreux effets sont négligés, parmi eux la cinématique de déformation du fond. Deux paramètres temporels peuvent être définis pour d écrire ce mouvement: la vitesse de propagation de rupture vp qui est propre à l' évènement sismique, et le temps d' élévation tr. Respectivement, ces paramètres caractérisent le mouvement horizontal et vertical. Une étude linéaire et théorique, puis non-linéaire et numérique, révèle un phénomène de résonance pour de courts tr et des vp de l'ordre de la célérité des ondes longues. Dans ces conditions, l'amplitude des vagues générées est amplifié e par rapport à celle de la déformation du fond marin, et des phénomènes dispersifs apparaissent. Pour illustrer ce phénomène, le cas du tsunami de 1947, qui frappa la Nouvelle Zélande, est simulé avec les modèles de Saint-Venant puis de Boussinesq du système Telemac2D. Rejoignant la théorie, l'influence de vp est nettement observable tandis que les faibles valeurs de tr ont un impact limité. Bien que des effets dispersifs soient attendus durant cet évènement, ils ne sont pas observés avec le modèle numérique. En parallèle de cette étude sur les échelles temporelles, cette thèse a permis de contribuer à la validation des modèles numériques du système Telemac dans le cadre du projet TANDEM. Ainsi, les modèles issus de Telemac2Det Telemac3D sont testés sur des cas tests représentant la génération, la propagation ou le run-up d'un tsunami. Il s'avère que dans la plupart des cas, les modèles numériques proposent de résultats très corrects. Cependant, on note une certaine dépendance aux paramètres numériques pour les cas délicats comme celui de la propagation d'une onde solitaire. En plus des cas idéalisés, le modèle de Saint-Venant de Telemac2D est utilisé pour modéliser l'évènement de Tohoku-Oki de 2011, pour lequel les résultats sont satisfaisants / The impact of tsunamis on mankind is well known. During recent years, several events showed us the disasters they can trigger which reiterate the importance of understanding their dynamics. Due to the lack of in-situ data, the generation is the least known aspect of tsunamis. As a result, simplified models of the source are used for numerical tsunami modeling, as for seismic generation for which the traditional approach neglects several phenomena, among which is the kinematic deformation of the sea floor. This motion canbe characterized by two temporal parameters: the rupture velocity vp and a hydraulic rise time tr. The novelty here, is to investigate both parameters simultaneously and to extend the linear theoretical development to a non-linear numerical study. From these works, a resonance zone is identified for small tr and vp close to the long wave celerity. For these particular values, the waves are amplified beside the sea floor deformation and dispersive effects develop. To illustrate this theory, the 1947 New Zealand tsunami is simulatedwith the Non-Linear Shallow Water and Boussinesq models of Telemac2D. This seismic event corresponds to a tsunami earthquake with slow kinematics of deformation. Four generation models, with different values of vp and tr are compared. The impact of vp on the generated wave amplitudes is strong whereas the influence due to tr is significantly smaller. Additionally, it was found that the expected dispersive effects did not develop during the numerical modeling. Meanwhile, in the scope of the TANDEM project, the validation of the Telemac system is performed through test cases, covering: generation, propagation and run-up of tsunamis. Globally, the models from the Telemac system match the validation data, however we note a reliance on numerical parameters for sensitive cases as the propagation of a solitary wave. Finally, the Non-Linear Shallow Water model of Telemac2D is used to simulate the Tohoku-Oki tsunami that hit Japan in 2011. Thenumerical model succeeds in representing this real event incorporating all the stages of tsunami life, from generation to flooded areas. Some limitations in using the method were found, which one discussed in detail within the present manuscript

The quality of indirect measurements of canopy structure, from in situ and satellite remote sensing, is based on knowledge of vegetation canopy architecture. Technological advances in ground-based, airborne or satellite remote sensing can now significantly improve the effectiveness of measurement programs on forest resources.The structure of vegetation canopy describes the position, orientation, size and shape of elements of the canopy.The complexity of the canopy in forest environments greatly limits our ability to characterize forest structural attributes. Architectural models have been developed to help the interpretation of canopy structural measurements by remote sensing. Recently, the terrestrial LiDAR systems, or TLiDAR ( Terrestrial Light Detection and Ranging ), are used to gather information on the structure of individual trees or forest stands.The TLiDAR allows the extraction of 3D structural information under the canopy at the centimetre scale.The methodology proposed in my Ph.D. thesis is a strategy to overcome the weakness in the structural sampling of vegetation cover.The main objective of the Ph.D. is to develop an architectural model of vegetation canopy, called L-Architect (LiDAR data to vegetation Architecture ), and to focus on the ability to document forest sites and to get information on canopy structure from remote sensing tools. Specifically, L-Architect reconstructs the architecture of individual conifer trees from TLiDAR data. Quantitative evaluation of L-Architect consisted to investigate (i) the structural consistency of the reconstructed trees and (ii) the radiative coherence by the inclusion of reconstructed trees in a 3D radiative transfer model. Then, a methodology was developed to quasi-automatically reconstruct the structure of individual trees from an optimization algorithm using TLiDAR data and allometric relationships. L-Architect thus provides an explicit link between the range measurements of TLiDAR and structural attributes of individual trees. L-Architect has finally been applied to model the architecture of forest canopy for better characterization of vertical and horizontal structure with airborne LiDAR data. This project provides a mean to answer requests of detailed canopy architectural data, difficult to obtain, to reproduce a variety of forest covers. Because of the importance of architectural models, L-Architect provides a significant contribution for improving the capacity of parameters' inversion in vegetation cover for optical and lidar remote sensing.