Depuis quelques années, les observations spatiales des traceurs, comme la température de surface de l'océan (SST) ou la couleur de l'océan, ont révélé la présence de filaments à sous-mésoéchelle, qui ne peuvent être détectées par les satellites altimétriques. Ce travail de thèse explore la possibilité d'utiliser les informations dynamiques contenues dans les images traceur haute résolution pour compléter l'estimation de la dynamique océanique de surface effectuée par les satellites altimétriques. Pour ce faire, la méthode d'inversion développée est inspirée de l'assimilation de données images. A l'aide d'une fonction coût, on mesure la distance entre une image du flot dynamique et l'image des structures présentes sur le traceur. On a choisi pour cette étude d'utiliser le FSLE (Finite-Size Lyapunov Exponents) comme proxy image de la dynamique. Cette méthode est testée avec succès sur plusieurs cas test d'observations spatiales. Un modèle de processus couplé physique-biogéochimie ainsi qu'un modèle réaliste de la mer des Salomon sont utilisés pour estimer l'erreur associée à la méthode d'inversion et la pertinence de la correction effectuée. L'utilisation conjointe d'images traceurs et de données altimétriques présente un fort intérêt pour le contrôle de la circulation océanique. / High resolution sensors of tracers such as the Sea Surface Temperature or the Ocean Color reveal small structures at the submesoscale, which are not seen by altimetry. Therefore, this thesis explores the feasibility of using tracer information at the submesoscales to complement the control of ocean dynamic fields that emerge from altimeter data analysis at larger scales. To do so, an image data assimilation strategy (i.e. inversion of images) is developed in which a cost-function is built that minimizes the misfits between image of submesoscale flow structure and tracer images. In the present work, we have chosen as an image of submesoscale flow structure the Finite-Size Lyapunov Exponents (FSLE). This method has been successfully tested on several areas using tracer and altimetric observations from space A high resolution physico-biogeochemical coupled model of process and a high resolution realistic model of the Solomon sea have been used to assess the error associated with the inversion and the efficiency of the correction on the oceanic circulation. These results show the benefits of the joint use of tracer image and altimetric data for the control of ocean circulations.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration étroite entre la société Innoveox (http://www.innoveox.com) et le groupe Fluides Supercritiques de l'Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB). La société Innoveox a mis en œuvre une technologie révolutionnaire non polluante qui détruit des déchets qu'ils soient dangereux ou non, urbains, industriels ou même militaires, avec une efficacité de 99.99%. Cette technologie s'appelle l'oxydation hydrothermale supercritique. Cette technologie est étudiée à l'ICMCB depuis le début des années 1990 au sein du groupe Fluides Supercritiques. Ce travail de recherche a pour objet l'étude des phénomènes de précipitation des sels en eau supercritique. La motivation de ce projet repose sur la compréhension des processus mis en jeu lors de la précipitation afin d'améliorer le fonctionnement du procédé industriel. Ce projet de thèse repose sur 3 principaux objectifs. Le premier concerne la détermination expérimentale de la solubilité des sels en conditions supercritiques, via la mise en place d'un système de mesure en continu. Le second objectif porte sur la détermination expérimentale des tailles de particule de sel, aussi bien au niveau de la formation de la cristallite que de l'agrégat. Pour ce faire, des analyses in situ sont notamment réalisées. Enfin, le dernier objectif est la réalisation d'une simulation numérique de la précipitation des sels en conditions supercritiques, utilisant les résultats expérimentaux des deux précédents objectifs. Les résultats de cette modélisation sont en accord avec les résultats expérimentaux et apportent également de nouveaux éléments de compréhension du mécanisme de précipitation. / This thesis is part of a close collaboration between the Innoveox Company (http ://www.innoveox.com) and the Supercritical Fluids group in the Institute of Chemistry and Condensed Matter of Bordeaux (ICMCB). The Innoveox Company has developed a revolutionary nonpolluting technology, degrading toxic and dangerous waste from industrial, urban or military use, with a 99.99% efficiency. This technology is called Supercritical Water Oxidation and is studied at the ICMCB since the beginning of the 90's in the Supercritical Fluids Group. The present research work objective is the study of the salt precipitation phenomenon in supercritical water, with the aim of understanding the processes and mechanisms involvedduring precipitation, to then improve the industrial process. The project is built on 3 main objectives. The first one is dedicated to the experimental determination of solubility data of salts, in supercritical conditions, with the development of a continuous experimental set-up. The second objective is related to the experimental determination of particle sizes, from crystallite to aggregates formation, using in situ analyses. Last objective concerns the numerical modeling of salt precipitation in supercritical water conditions, using previous experimental data obtained. The results of the modeling are in agreement with the experimental ones, and bring new understanding elements for the precipitation mechanism.technology is called Supercritical Water Oxidation and is studied at the ICMCB since the beginning of the 90's in the Supercritical Fluids Group.

La propagation des ondes sismiques dans les milieux poreux multiphasiques présente des enjeux nombreux, tant sur le plan environnemental (risques naturels, géotechnique, pollutions de nappes...) que pour les réservoirs (aquifères, hydrocarbures, stockages de CO2...). L'utilisation des ondes sismiques pour étudier ces milieux se justifie par le fait qu'en se propageant, les ondes sont déformées par le milieu qu'elles traversent et contiennent ainsi des informations aux capteurs sur les phases fluides et solides et sur le squelette poreux. Ce travail de thèse s'intéresse aux caractéristiques des ondes sismiques dans les milieux multiphasiques (plusieurs phases fluides et solides), depuis la description physique jusqu'à la caractérisation des paramètres constitutifs par inversion, en passant par la modélisation numérique 2D de la propagation. La première partie du travail a consisté à décrire la physique des milieux multiphasiques (phase par phase et leurs intéractions dynamiques) en utilisant des méthodes d'homogénéisation pour se ramener à un milieu équivalent défini par sept paramètres. Ainsi, dans des milieux simple porosité saturés et dans des milieux plus complexes (double porosité, partiellement saturés ou visco-poroélastiques), je peux calculer la propagation des ondes sismiques sans approximation. En effet, j'utilise une méthode numérique dans le domaine fréquence-espace qui permet de prendre en compte tous les termes qui dépendent de la fréquence sans approximation. La discrétisation spatiale utilise une méthode d'éléments finis discontinus (Galerkin discontinu) qui permet de considérer des milieux hétérogènes.Je montre notamment que les attributs sismiques (vitesses et atténuations) des milieux poreux complexes sont fortement dispersifs et les formes d'ondes complètes, calculées sans approximation, sont fortement dépendantes de la description physique du milieu. La caractérisation des paramètres poroélastiques s'effectue par inversion. Une méthode en deux étapes a été proposée : la première consiste en une inversion ``classique`` (tomographie, inversion des formes d'ondes complètes) des données (sismogrammes) pour obtenir des paramètres macro-échelles (attributs sismiques). La seconde étape permet de reconstruire, à partir des paramètres macro-échelles, les paramètres poroélastiques micro-échelles. Cette étape d'inversion utilise une méthode d'optimisation semi-globale (algorithme de voisinage). Une analyse de sensibilité montre qu'en connaissant a-priori certains paramètres, on peut inverser avec précision les paramètres du squelette poroélastique ou retrouver la nature du fluide saturant, à partir des vitesses de propagation. En revanche, pour retrouver la saturation en fluide, il est préférable de connaître les atténuations. Deux applications réalistes (monitoring de réservoir et hydrogéophysique) mettent en oeuvre ce type d'inversion en deux étapes et démontrent qu'à partir de données estimées par des méthodes classiques d'imagerie, on peut remonter à certains paramètres poroélastiques constitutifs. / Seismic wave propagation in multiphasic porous media have various environmental (natural risks, geotechnics, groundwater pollutions...) and ressources (aquifers, oil and gas, CO2 storage...) issues. When seismic waves are crossing a given material, they are distorted and thus contain information on fluid and solid phases. This work focuses on the characteristics of seismic waves propagating in multiphasic media, from the physical complex description to the parameter characterisation by inversion, including 2D numerical modelling of the wave propagation. The first part consists in the description of the physics of multiphasic media (each phase and their interactions), using several upscaling methods, in order to obtain an equivalent mesoscale medium defined by seven parameters. Thus, in simple porosity saturated media and in complex media (double porosity, patchy saturation, visco-poroelasticity), I can compute seismic wave propagation without any approximation. Indeed, I use a frequency-space domain for the numerical method, which allows to consider all the frequency dependent terms. The spatial discretisation employs a discontinuous finite elements method (discontinuous Galerkin), which allows to take into account complex interfaces.The computation of the seismic attributes (velocities and attenuations) of complex porous media shows strong variations in respect with the frequency. Waveforms, computed without approximation, are strongly different if we take into account the full description of the medium or an homogenisation by averages. The last part of this work deals with the poroelastic parameters characterisation by inversion. For this, I develop a two-steps method: the first one consists in a classical inversion (tomography, full waveform inversion) of seismograms data to obtain macro-scale parameters (seismic attributes). The second step allows to recover, from the macroscale parameters, the poroelastic micro-scale properties. This downscaling step uses a semi-global optimisation method (neighbourhood algorithm), which allows the sampling of the full model space (thanks to the low numerical cost of the analytic direct model). With the a-priori knowledge of some parameters, a sensibility analysis shows that I can invert precisely skeleton parameters or the saturating fluid type, from the velocities only. Nevertheless, to recover the fluid saturation, it is preferable to use the attenuations. This two-steps procedure is tested on two realistic applications (reservoir monitoring and subsurface hydrogeophysics) and show that we can recover some constituve poroelastic parameters.

La neuromodulation offre une possibilité de traitement pour des pathologies pharmoco-resistantes. Dans ce domaine, l'émergence de matrices d'électrodes à l'échelle microscopique ouvre la voie à des interfaces neurales sélectives. Cependant, leur fonctionnalité est réduite par le manque d'information sur l'anatomie fonctionnelle du nerf ciblé. L'objectif global de ce projet de thèse est d'explorer les possibilités d'imager un nerf de manière non-invasive par tomographie d'impédance électrique (EIT). Modalité d'imagerie des tissus mous, l'EIT déduit des cartes de conductivité à partir de mesures sur la frontière du domaine étudié. Une plateforme expérimentale a été mise en place et a permis de valider les développements des méthodes numériques effectués pour la prédiction des données et l'estimation des paramètres. Des tests in vivo ont été réalisés dans le contexte de la stimulation du nerf vague et du nerf sciatique. Des spécifications pour de futures expériences ont été déduites, avec l'utilisation d'électrodes plus robustes comprenant un plus grand nombre de contacts par section. / Neuromodulation offers treatments for drug resistant pathologies. In this field, the emergence of micro-scale multi-electrode arrays paves the way for selective neural interfaces. But they suffer from the lack of information on the nerve functional anatomy. The global aim of this PhD project is to explore the possibilities of imaging the inside of a nerve in a non-invasive way through electrical impedance tomography (EIT). As a soft-field imaging modality, EIT infers conductivity maps from boundary measurements. An experimental platform was built and allowed the validation of numerical methods developed for data prediction and parameter estimation. In vivo tests were performed in the context of vagus and sciatic nerve stimulation. Specifications were deduced for future experiments, with more reliable electrodes, embedding a higher number of contacts per cross-section.

L’hydrodynamique et la probabilité de minéralisation (R²AI) autour des intrusions magmatiques ont été étudiées par modélisation numérique couplant transfert de chaleur et circulation de fluide. L’objectif principal de ce travail est de tester la nature du lien génétique entre l’intrusion et le processus de minéralisation. La première série de résultats s’appuie sur une comparaison avec des exemples naturels de gisements bien connus : i) L’hydrodynamique et la localisation des zones probables de minéralisation sont fortement dépendantes de la profondeur de mise en place du pluton. Au-dessus de 4.5km de profondeur de mise en place, le seuil de perméabilité de 10-16 m² est atteint et les cellules convectives peuvent créer des zones de décharge additionnelles où des minéralisations peuvent avoir lieu ; ii) Pour toutes les profondeurs d’emplacement, la zone en dessous du pluton n'est pas favorable à la précipitation minérale ; iii) Les apophyses focalisent les fluides convectifs et les zones de minéralisation autour d’elles ; iv) La phase de refroidissement n'est pas la phase majeure de convection. La zone advective principale et celle de haute favorabilité peuvent se produire avant et pendant la phase la plus chaude d’emplacement, avant que le magma ne cristallise complètement; v) Les détachements sont capables de fortement modifier et de re-localiser les flux convectifs déclenchés par une intrusion syn-tectonique; vi) Les conditions physiques favorables à la minéraliser sont produites pendant une durée courte autour de la phase la plus chaude de l'intrusion. Même si les arguments chimiques sont absents, la circulation de fluide (induite par la mise en place de magma) joue un rôle principal dans la genèse des gisements d'or associés aux intrusions. De plus, la formation de ce type de gisement est favorisée par l'occurrence d'une auréole thermique fracturée autour de l'intrusion. La seconde série de résultats concerne l’étude du cas naturel de la minéralisation W-Au de Tighza (Jebel Aouam) au Maroc Central. Une campagne d’acquisition de données gravimétriques, l’inversion données et l’utilisation de logiciel 3D, ont permis d’obtenir la géométrie 3D complexe du pluton de Tighza. Les résultats sont les suivants : i) la zone probable de la minéralisation apparaît au début de la mise en place du magma dans la zone perméable (veine W1) et s'étend pour remplir W1 et couvrir la région autour du pluton pendant la phase la plus chaude de mise en place; ii) lors du refroidissement, la zone probable est réduite et limitée à la zone perméable (W1) pendant 0,6 Ma; iii) L’application de la température de fermeture isotopique de la muscovite et de la biotite avec la distribution du R²AI montre que les âges de refroidissement entre la minéralisation au niveau de la veine W1 et l'intrusion ne sont pas séparés de plus de 0,10 Ma. Ceci est confirmé par la datation absolue de la minéralisation de Tighza et permet de discuter la fiabilité des âges obtenus pour la minéralisation dans la veine W1. / Coupled hydro-thermal numerical modeling has been used to simulate the hydrothermal fluid flow regime and the mineralization probability (R²AI) around plutons. The main objective behind this work is to test the nature of the genetic link between mineralization and intrusions. The first series of results comes from comparison with well-constrained mineral deposits: i) Fluid circulation and mineralization patterns are strongly dependent of the emplacement depth of the pluton. Deep seated plutons emplaced below 10 km do not induce an advective heat dissipation. For emplacement depth less than 4.5 km, the permeability threshold of 10-16 m2 is reached and second order convection cells may create additional discharge zones where mineralization are expected; ii) For all emplacement depths, the pluton floor zone is not favorable for mineral deposition; iii) The apexes strongly modified the fluid flow patterns by focusing convective fluids and mineralization zones around them; iv) The cooling phase is not the main phase of convection for large pluton often associated with long-lived magma emplacement. Major advective heat dissipation and mineral deposition zone may also occur sometime before and during the hottest phase of emplacement; v) Extensional detachments faults are able to delocalize and strongly modify classical fluid flow patterns induced by coeval intrusion; vi) Favorable physical conditions for mineral deposition are encountered around middle crust pluton, during a short time span bracketing the hottest phase of intrusion. We conclude that, even if chemical arguments are absent, fluid circulation induced by granite emplacement plays a key role in the genesis of granite-related Au deposits. Moreover, formation of this type of deposit is promoted and controlled by the occurrence of a fractured thermal aureole around the intrusion. The second series of results deals with the W-Au granite related Tighza deposits (Jebel Aouam, Morocco). Based on gravimetric data, inversion, and 3D modeling software, we were able to construct the most probable complex geometry of the Tighza pluton. The 3D geometries of the pluton and major fractures (W1 vein) were injected in the hydro-thermal modeling procedure. The results are: i) the probable zone of mineralization appears at the beginning of magma emplacement within the permeable zone (W1 vein) and extends to fill up W1 and covers the area around pluton at the hottest phase; ii) During the cooling phase, the story was reversed; the probable zone was reduced and restricted in the permeable zone (W1) during 0.6 Myr of cooling; iii) Application of isotopic closure temperature of muscovite and biotite coupled with R²AI distribution shows that the cooling ages between mineralization in W1 veins and the intrusion are not separated by more than 0.10 Myr. This is confirmed by the absolute dating obtained for Tighza Au mineralization and allows discussing the significance of older ages obtained for the mineralization in W1 veins.

Ce travail de thèse porte sur l'étude du comportement morphodynamique d'une plage de poche, partiellement aménagée, lors des événements de tempête. La plage de Zarautz (Espagne) a été choisie comme site d'étude en raison de son climat de vagues et de sa configuration. La plage est limitée latéralement par des falaises rocheuses. Elle présente un système dunaire sur la partie est et une digue aménagée en promenade sur le reste de la plage. Le climat de houle au large de Zarautz (bouée de Bilbao) est caractérisé par une faible variabilité directionnelle. Dans 95 % des cas, les vagues proviennent de directions comprises entre l'Ouest (O) et le Nord (N). Les conditions de vague à l'approche de la plage de Zarautz sont quasi unidirectionnelles et peuvent présenter une variabilité longitudinale. La variabilité temporelle et spatiale des barres sableuses d'avant côte, a été étudiée à partir de l'analyse d'images vidéo enregistrées quotidiennement sur une période de deux années. Les résultats montrent que d'un point de vue hydrodynamique la plage se comporte la plupart du temps comme une plage ouverte. Toutefois, elle peut également présenter une circulation de type cellulaire au cours des événements de haute énergie. La morphologie de la plage présente une grande variabilité spatiale et temporelle. On remarque également des différences morphologiques notables entre la partie aménagée et la partie est de la plage. Pour étudier la réponse morphologique de la plage à des événements de haute énergie, des relevés topographiques ont été menés avant et après plusieurs tempêtes. Les courants d'arrachement, stables et persistants pendant des conditions énergétiques modérées à fortes peuvent éroder localement la zone intertidale de la plage. Dans des conditions de haute énergie et lors de marées de vives eaux le haut de plage et le cordon dunaire sont érodés. A l'inverse, lors de conditions de haute énergie qui coïncident avec des marées de mortes-eaux, l'évolution de l'estran, de l'arrière-plage et de la dune sont essentiellement contrôlées par les caractéristiques des vagues plutôt que par l'amplitude de la marée. Afin d'analyser et de compléter les résultats obtenus, une étude numérique a été réalisée à partir du code open source XBeach. En raison de l'absence de données de bathymétrie, le modèle d'assimilation de données Beachwizard a été utilisé afin d'estimer la bathymétrie à partir des images collectées par la station vidéo. La possibilité de forcer ce modèle avec des conditions de vagues variables le long de la limite du domaine de calcul a été mise en œuvre. Les résultats montrent que la prise en compte de conditions limites variables améliore la capacité du modèle à estimer la bathymétrie. Les tests de calibration du modèle XBeach révèlent que les résultats peuvent varier considérablement en fonction des paramètres choisis. Toutefois, les résultats du modèle XBeach semblent peu sensibles aux caractéristiques du spectre de vagues utilisé pour forcer le modèle. Une série de simulations ont été réalisées afin d'étudier le cluster de tempêtes de Février 2013 en analysant non seulement l'influence de la chronologie des différentes tempêtes mais aussi du niveau d'eau au cours de cette période. Ces simulations ont permis de mettre en évidence que les mouvements sédimentaires sont dominés par un transfert de sable de la dune vers la zone intertidale sans période de reconstruction de la dune. L'érosion des différentes sections de la plage est fortement corrélée au niveau d'eau. L'érosion de la dune et de l'arrière-plage ne se produit que lorsque les niveaux de marée élevés prévalent alors que la zone intertidale est érodée à marée basse. Il apparaît que l'impact des tempêtes sur la plage est beaucoup plus dépendant du niveau d'eau que de la chronologie des événements énergétiques au cours d'un cluster de tempêtes. / The aim of this study is to understand the response of engineered pocket beaches to storms. To that end, a series of video images, field topographical measurements and depth-averaged (2DH) process-based model have been used. The beach of Zarautz was chosen as a study site due to its wave climate characteristics and beach configuration. It is an embayed beach composed by two well defined regions, a dune system and an engineered section. The offshore wave climate is characterised by a low directional variability. The 95 % of the cases ranges from W to N directions. The high energetic events are seasonally variable. Most of the storms take place during winter and autumn. The wave climate at the beach of Zarautz is almost unidirectional and it presents certain alongshore variability. The temporal and spatial variability of nearshore sandbars, using daily video observations over 2 years was carried out. In general the beach acts as an open beach like circulatory system but it may present cellular and transitional circulation during high energy events. The nearshore sandbars evolution covers a wide range of temporal and spatial variability. Interestingly, the western engineered and more sheltered section of the beach sometimes exhibits a different beach state to that of the eastern section. To study the response of the beach to high energy events, systemically designed topographic surveys were undertaken before and after storm events. The location of the rip currents seems to play a role on the beach erosion. Static and persistent rips during moderate high energy conditions may erode locally the beach intertidal zone. During high energetic conditions and spring tides the beach backshore and dune area is eroded. Dune and backshore sections become important as they act as a buffer, preventing the foreshore erosion. On other hand, during high energetic conditions coinciding with neap tides, the evolution of the foreshore, backshore and dunes might be sensitive to the wave characteristics rather than to the tidal range. The findings obtained from the video images and field measurements were completed by means of the XBeach process based model. Due to the lack of a pre-storm bathymetry the XBeach-Beach Wizard model was used in order to infer the surfzone features. The possibility to force the model with non-uniform alongshore wave conditions was implemented. Results show that this new implementation improves the model skills. The XBeach calibration tests reveal that the results can vary considerably depending on the set of parameters chosen to run the model. Parameters such as short wave run-up, γ, γua, eps and hmin seem to be relevant for the model calibration. A series of storm impact simulations were performed. A chain transport mechanism was found in which the sand is transported from the dunes to the intertidal zone, and never in the other way around. The erosion of the different sections of the beach is highly related to the tidal level rather that to the wave power. The main differences in the beach response between the natural and engineered sections are related to the sand budget. The complete loss of the backshore sand makes the intertidal zone weak to the storms (the chain transport is interrupted). This scenario is only likely to happen at the engineered sector due to the narrow backshore and the absence of a dune system. Some tests were performed in order to relate the 'storm magnitude' to a certain value of beach erosion. These findings point out that, in general, the higher the storm power is, the larger is the beach erosion. However, the wave characteristics that define a given storm play an important role. Furthermore, in some cases a low power storm with high Hs and Tp can produce larger changes on the beach than a large storm with low Hs and Tp.

La modélisation numérique du comportement des matériaux cimentaires sous l’action des sollicitations complexes constitue un point de vue alternatif pour identifier et évaluer les mécanismes internes qui ne peuvent être étudiés directement à travers les essais expérimentaux. A cet effet, le développement des outils de modélisation permettant la prise en compte des interactions entre la microstructure hétérogène de la pâte de ciment et le comportement macroscopique des matériaux cimentaires est fortement apprécié. Une telle approche numérique donne une meilleure description des processus physiques et évite la calibration répétitive des paramètres lorsque la microstructure change.Ce travail de thèse a pour objet de mettre au point une approche de modélisation de l’endommagement des matériaux cimentaires compte tenu des mécanismes physiques qui se produisent à l’échelle microscopique. Dans l’approche proposée, les principes de la construction d’une microstructure virtuelle de la pâte de ciment sont présentés et les paramètres micromécaniques des phases cimentaires sont identifiés. La capacité prédictive de l’approche est testée en comparant les résultats numériques aux résultats des essais expérimentaux réalisés dans ce travail et aux résultats tirés de la littérature. L’application de cette approche est ensuite illustrée à travers des simulations de la pâte de ciment sous fluage et cycles de gel-dégel. Cette approche ouvre la voie à une multitude d’applications, comme l’étude de l’effet du retrait, du fluage, des cycles de gel-dégel, de la fissuration thermique, de l’auto-cicatrisation et de la carbonatation sur les propriétés thermomécaniques des matériaux cimentaires. / Numerical modelling of the constitutivebehaviour of cementitious materials exposed to aggressive environment offers an alternative point of view for the identification and assessment of internal mechanisms which cannot be explicitly explored using standard experimental techniques. In this regard, the development of advanced modelling tools that take into account the interactions between the heterogeneous microstructure of cement paste and the macroscopic behaviour cementitious materials is highly valued. Such modelling approaches give a much better description of the physical processes and avoid recurrent parameter calibration when dealing with a different microstructure.The work presented in this PhD thesis proposes a numerical modelling approach of damage in cement based materials taking heed of the physical mechanics that can only be characterized at the microscopic level. In the proposed approach, the principles of constructing a virtual microstructure of cement paste are laid out and the micromechanical parameters of cement phases are identified. The predictive capacity of the micromechanical approach is put to the test by a comparison of numerical results with experimental data determined in the present study and found in the literature. Finally, the power of the approach is illustrated through simulations of creep and freeze-thaw behaviour at the microscopic scale of cement paste.This approach paves the way for a multitude of applications, such as the study of the effect of shrinkage, creep, freeze-thaw cycles, thermal cracking, self-healing and carbonation on the thermomechanical properties of cement-based materials.

L'objectif de cette thèse est de développer des approches statistiques pour l'évaluation systématique et quantitative de simulations océaniques multi-décennales globales à l'aide d'observations altimétriques et hydrographiques. La première étape consiste à extraire des simulations la contrepartie exacte (en temps et en espace) des observations pour construire des données synthétiques. La comparaison entre les données observées et simulées colocalisées permettent d'évaluer les simulations et de les comparer entre elles par rapport à des références communes (observations). De plus, la comparaison entre les sorties des modèles considérées chaque point de grille et colocalisées permet d'évaluer l’impact du sous-échantillonnage des réseaux d’observations sur l'estimation de certaines quantités océaniques importantes pour le climat. Nous quantifions l'impact de la résolution de nos modèles (2°, 1°, ½°, ¼°) sur le réalisme des simulations au regard des observations. Résoudre une gamme d'échelles spatio-temporelles plus large améliore de façon significative la représentation de la circulation océanique moyenne, de la structure thermohaline, de la variabilité saisonnière de la couche de mélange et de la variabilité du niveau de la mer sur plusieurs échelles spatio-temporelles, notamment à l'échelle interannuelle. Ce résultat nouveau montre l’intérêt d’utiliser un modèle au 1/4°, capable de représenter en partie la méso-échelle, pour les scénarios climatiques. Nous mettons également en évidence la capacité du modèle au 1/4° à simuler une variabilité interannuelle intrinsèque du niveau de la mer, non corrélée avec les observations en raison de son caractère chaotique, mais probablement réaliste et nécessaire pour mieux représenter l'intensité de la variabilité interannuelle.A l’aide des simulations, nous montrons également que l'inhomogénéité de la couverture spatio-temporelle du réseau d'observations Argo induit une surestimation des profondeurs et des contenus thermiques de la couche de mélange, et que les limitations géographiques du réseau actuel induisent des biais en amplitude sur les estimations des variabilités saisonnière et interannuelle du contenu thermique de l'océan global. / This work aims to develop statistical approaches to systematically and quantitatively assess 50-year global ocean simulations against altimetric and hydrographic observations. Simulation outputs are first sub-sampled exactly like observations to build pseudo (synthetic) observations. We use collocated misfits between synthetic and real observations to assess the simulations at the same dates and locations, and compare the simulations together. We then use the sub-sampled and fully sampled model outputs to assess the impact of sub-sampling in real observing systems on the estimation of oceanic quantities with climatic relevance. We first quantify how the resolution of our ocean models (2°, 1°, ½°, ¼°) affects the realism of their solutions with respect to both observational datasets. We quantify how broadening the range of resolved space scales significantly improves the representation of the mean surface circulation, the thermohaline structure, the seasonal cycle of mixed layers, as well as sea-surface height variability at most space and time scales; this is particularly the case at interannual time scales, highlighting the potential of eddy-permitting resolutions for climate simulations. We also show the capacity of the 1/4° model to simulate an interannual intrinsic variability of sea-level, decorrelated from observed timeseries because of its chaotic character, but probably realistic and necessary to better represent the intensity of the interannual variability.The simulations also show that the spatio-temporal dispersion of the Argo floats induces overestimations of the mixed layer depths and heat contents, and the geographical restrictions of the actual Argo array induce biases in amplitude on the seasonal and interannual variabilities of the global ocean heat content.

Bien que les matériaux composites renforcés par fibres végétales (PFCs) représentent une solution attractive pour la conception de structures légères, performantes et à faible coût environnemental, leur développement nécessite des études approfondies concernant les mécanismes à la base du comportement non-linéaire en traction exprimé, ainsi que de la variabilité des propriétés mécaniques. Compte tenu de leur caractère multi-échelle, ces travaux de thèse visent à contribuer, via une approche numérique, à l’étude de la propagation de comportement à travers les échelles des PFCs. Dans un premier temps, l’étude se focalise sur l’échelle fibre : un modèle 3D de comportement de la paroi est d’abord implémenté dans un calcul EF, afin d’établir l’influence de la morphologie de la fibre sur le comportement exprimé. Une fois l’impact non négligeable de la morphologie déterminé, une étude des liens entre morphologie, matériau et ultrastructure et comportement en traction est menée via une analyse de sensibilité dans le cas du lin et du chanvre. La deuxième partie du travail es dédiée à l’échelle du pli de composite. Une nouvelle approche multi-échelle stochastique est développée et implémentée. Elle est basée sur la définition d’un volume élémentaire (VE) à microstructure aléatoire pour décrire le comportement du pli. L’approche est ensuite utilisée pour étudier la sensibilité du comportement du VE aux paramètres nano, micro et mésoscopiques. L’analyse de sensibilité, menée via le développement de la réponse sur la base du chaos polynomial, nous permet ainsi de construire un métamodèle du comportement du pli. / Although plant-fiber reinforced composites (PFCs) represent an attractive solution for the design of lightweight, high performance and low environmental cost structures, their development requires in-depth studies of the mechanisms underlying their nonlinear tensile behavior, as well as variability of mechanical properties. Given their multi-scale nature, this thesis aims to contribute, using a numerical approach, to the study of the propagation of behavior across the scales of PFCs. Firstly, the study focuses on the fiber scale: a 3D model of the behavior of the wall is first implemented in an EF calculation, in order to establish the influence of fiber morphology on the tensile behavior. Once the non-negligible impact of the morphology has been determined, a study of the links between morphology, material and ultrastructure and tensile behavior is conducted via a sensitivity analysis in the case of flax and hemp. The second part of the work is dedicated to the composite ply scale. A new stochastic multi-scale approach is developed and implemented. It is based on the definition of an elementary volume (VE) with random microstructure to describe the behavior of the ply. The approach is then used to study the sensitivity of VE behavior to nano, micro and mesoscopic parameters. Sensitivity analysis, conducted via the development of the response on the basis of polynomial chaos, allows us to construct a metamodel of the tensile behavior of the ply.

La présente thèse porte sur l’étude de l’auto-organisation induite par laser de nanoparticules (NPs) d’argent dans des couches minces de TiO2. Cette technique laser a été récemment mise au point pour fournir des solutions d'impression originales pour des applications comme l'imagerie polarimétrique, la sécurité ou le design. Ici, nous étudions expérimentalement et théoriquement les différents mécanismes impliqués dans la formation des NPs pour un meilleur contrôle de leur morphologie et de leur organisation. Dans le cas de lasers continus, nos résultats expérimentaux prouvent que la vitesse à laquelle le faisceau laser balaye la surface de l’échantillon est un paramètre crucial pour le contrôle de la taille finale des NPs, et de l’élévation de température induite dans la couche par le laser. La taille des NPs d’argent diminue aux basses vitesses d’écriture, alors que leur croissance est activée par effet thermique et apparait uniquement au-dessus d’un seuil de vitesse. La taille finale des NPs varie dans ce cas de façon non-monotone avec la vitesse de balayage alors que la hausse de température ne cesse de croître. Afin d'expliquer ces phénomènes contre-intuitifs, plusieurs modèles numériques ont été développés qui permettent de simuler la variation de la taille des NPs sous insolation laser dans le domaine spectral du visible. Les résultats théoriques concordent bien avec les observations expérimentales et révèlent que l’origine de ces phénomènes résulte d'interactions complexes entre les différents processus physico-chimiques impliqués dans la formation des NPs. Finalement, cette thèse démontre que l’auto-organisation des NPs à l’échelle sub-longueur d’onde peut être aussi réalisée avec des impulsions laser femto-secondes (fs), et une croissance anisotrope des NPs a été également observée pour une gamme particulière de paramètres laser. La comparaison avec les structures de NPs produites par lasers continus suggère que les impulsions laser fs offrent une meilleure maîtrise des effets thermiques et de la taille des NPs. L'usage de laser fs offre ainsi une nouvelle approche pour transférer ces technologies sur des supports souples comme les papiers ou les plastiques / This doctoral thesis focuses on the study of laser-induced self-organization of Ag nanoparticles (NPs) in TiO2 thin layers. This laser technique was recently developed to provide original printing solutions for applications like active color displays, security, or polarization imaging. Here, we investigate experimentally and theoretically the different mechanisms involved in the NPs formation for a better control of their morphology and organization. In the case of continuous-wave (cw) laser, our experimental results prove that the speed at which the laser scans the sample surface is a crucial parameter to control the NP size and the laser-induced temperature rise. Ag NPs shrink at low scan speed, whereas growth governed by a thermal effect only occurs above a speed threshold. Above this threshold, the size of grown Ag NPs changes in a non-monotonous way with scan speed, whereas laser-induced temperature rise increases with speed. In order to explain these counter-intuitive behaviors, several numerical models have been developed to simulate changes in the size distribution of Ag NPs induced by visible light. Simulation results are in good agreement with experimental observations and reveal the origin of the observed phenomena by collective interactions of various physico-chemical processes involved in the variation of NPs size. Finally, this thesis demonstrates that self-organization of NPs at sub-wavelength scale on large areas can also be performed with femtosecond (fs) laser pulses. Oriented anisotropic growth of NPs has also been observed using a proper selection of laser irradiation parameters. Compared with the cw laser induced structures, fs pulses offer better control of the thermal effect and NP size, which opens the way to transfer these technologies on plastic or paper substrates