Le Web 3D atteint actuellement un nouveau stade de maturité grâce à la convergence de nouvelles technologies et l'émergence de nouveaux standards permettant l'exploitation du matériel graphique depuis les navigateurs Web. Malgré l'émergence de ces technologies, nous pouvons constater une faible pénétration des contenus 3D sur le Web, due entre autre au manque d'outils de création de haut niveau facilitant la production d'interfaces graphiques 3D pour le Web. Afin de palier ce manque, nous proposons un formalisme basé sur les technologies Web permettant de définir des métaphores complètes, attractives et efficientes pour la visualisation de grands ensembles de données, ainsi que la génération des interfaces graphiques 3D correspondantes. Ce formalisme doit être flexible en termes d'extensibilité, de modularité, de généricité en ce qui concerne les formats de données en entrée et en sortie du système, ainsi qu'en terme de gamme d'interfaces graphiques 3D pouvant être définies par le concepteur d'une interface Web. Le pipeline de création que nous proposons permet la description de métaphores de visualisation d'information prenant en compte à la fois la structuration des données (la façon dont l'utilisateur explore et accède aux données), et la présentation (la géométrie et la présentation des données) et les interactions utilisateur. Les interfaces générées peuvent être de complexité variable allant des interfaces graphiques 3D immersives à l'intérieur desquelles l'utilisateur final est représenté par un avatar et peut interagir avec d'autres utilisateurs, à des interfaces graphiques 3D très simples.

Cette thèse se propose de mettre au point, grâce aux nouveaux outils informatiques, une méthode d'étude originale de l'espace funéraire en offrant une restitution tridimensionnelle de la sépulture, de l'architecture aux sujets. La découverte en 2003, d'un secteur de la catacombe des Saints Pierre-et-Marcelin (Rome, Italie), encore inexploré et original dans son organisation, a initié ce travail. Plusieurs tombes, datées des Ier-IIIe s. ap. J.-C, accueillent une succession de dépôts d'un grand nombre d'inhumés. La complexité des ensembles funéraires de ce secteur a nécessité le recours à de nouvelles formes de représentation pour l'analyse. L'objectif de cette thèse est d'établir un protocole de modélisation des sépultures multiples adapté à la stratification complexe des dépôts. Nos recherches ont porté, dans un premier temps sur l'élaboration et le test d'un processus de modélisation adaptés aux deux tombes étudiées et dans un second temps sur l'analyse des temps chronologiques et de la gestion des dépôts. Nos recherches ont abouti à la mise au point d'une méthodologie d'acquisition et de restitution de l'ensemble des vestiges osseux, de l'appareil funéraire et de l'espace funéraire. La modélisation 3D a permis par la visualisation tridimensionnelle une étude fine individuelle, une analyse des relations entre les différents sujets et de l'évolution taphonomique des dépôts confirmant la simultanéité des dépôts au sein des niveaux et entre les niveaux en rapport avec une crise de mortalité.L'application d'un protocole d'enregistrement puis de restitutions sur cette catacombe pourra contribuer à l'élaboration d'une méthode pour l'approche des sépultures plurielles.

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE / The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

Afin de cibler une meilleure rentabilité des gisements d'hydrocarbures, la simulation numérique présente un intérêt grandissant dans le secteur pétrolier. Dans ce contexte, deux principaux types d'applications sont distingués : l'ingénierie du réservoir, où les modèles géologiques sont définis comme statiques et l'exploration des gisements par la simulation de la formation des hydrocarbures. Cette dernière application nécessite des modèles de bassins dynamiques. Pour ce type de simulation, la modélisation mathématique et numérique a connu une avancée importante durant les dernières années. En revanche, la construction de maillages indispensables pour les simulations reste une tâche lourde dans le cas de géométries complexes et dynamiques. La difficulté se traduit par la particularité du domaine à mailler, qui est dictée par la mécanique des milieux granulaires, c'est-à-dire des milieux quasi-incompressibles et hétérogènes. De plus, les données sismiques sont des surfaces non-implicites modélisant des blocs volumiques. Dans ce cadre, nous nous intéressons à la génération de maillages lagrangiens hexa-dominants des bassins à géométrie complexe. Le maillage souhaité doit contenir une couche de mailles principalement hexaédriques entre deux horizons et respecter les surfaces failles traversant ces horizons. Une méthodologie originale basée sur la construction d’un espace déplié est proposée. Le maillage souhaité est alors traduit par une grille 3D contrainte dans cet espace. Plusieurs techniques d’optimisation de maillages sont aussi proposées / To target more profitable oil and gas deposits, the numerical simulation is of growing interest in the oil sector. In this context, two main types of applications are distinguished: reservoir engineering where geological models are defined as static and exploration for the simulation of hydrocarbons formation. The latter application requires dynamic basins models. For this type of simulation, mathematical and numerical modeling has been an important advance in recent years. However, the construction of meshes needed for the simulations is a difficult task in the case of complex and dynamic geometries. The difficulty is reflected by the characteristic of the domain to mesh, which is defined from the mechanics of granular media which are almost incompressible and heterogeneous environments. In addition, the seismic data represent non-implicit surfaces modeling volume blocks. In this context, we focus on Lagrangian hex-dominant mesh generation of basins with complex geometry. The desired mesh must contain a layer of almost hexahedral meshes between two horizons and conform to fault surfaces through these horizons. A novel methodology based on the construction of an unfolded space is introduced. The desired mesh is then seen as a constrained 3D grid in this novel space. Several mesh optimization techniques are also proposed

La mise en registre 3D (opération parfois appelée alignement) est un processus de transformation d’ensembles de données 3D dans un même système de coordonnées afin d’en aligner les éléments communs. Deux ensembles de données alignés ensemble peuvent être les scans partiels des deux vues différentes d’un même objet. Ils peuvent aussi être deux modèles complets, générés à des moments différents, d’un même objet ou de deux objets distincts. En fonction des ensembles de données à traiter, les méthodes d’alignement sont classées en mise en registre rigide ou non-rigide. Dans le cas de la mise en registre rigide, les données sont généralement acquises à partir d’objets rigides. Le processus de mise en registre peut être accompli en trouvant une seule transformation rigide globale (rotation, translation) pour aligner l’ensemble de données source avec l’ensemble de données cible. Toutefois, dans le cas non-rigide, où les données sont acquises à partir d’objets déformables, le processus de mise en registre est plus difficile parce qu’il est important de trouver à la fois une transformation globale et des déformations locales. Dans cette thèse, trois méthodes sont proposées pour résoudre le problème de mise en registre non-rigide entre deux ensembles de données (représentées par des maillages triangulaires) acquises à partir d’objets déformables. La première méthode permet de mettre en registre deux surfaces se chevauchant partiellement. La méthode surmonte les limitations des méthodes antérieures pour trouver une grande déformation globale entre deux surfaces. Cependant, cette méthode est limitée aux petites déformations locales sur la surface afin de valider le descripteur utilisé. La seconde méthode est s’appuie sur le cadre de la première et est appliquée à des données pour lesquelles la déformation entre les deux surfaces est composée à la fois d’une grande déformation globale et de petites déformations locales. La troisième méthode, qui se base sur les deux autres méthodes, est proposée pour la mise en registre d’ensembles de données qui sont plus complexes. Bien que la qualité que elle fournit n’est pas aussi bonne que la seconde méthode, son temps de calcul est accéléré d’environ quatre fois parce que le nombre de paramètres optimisés est réduit de moitié. L’efficacité des trois méthodes repose sur des stratégies via lesquelles les correspondances sont déterminées correctement et le modèle de déformation est exploité judicieusement. Ces méthodes sont mises en oeuvre et comparées avec d’autres méthodes sur diverses données afin d’évaluer leur robustesse pour résoudre le problème de mise en registre non-rigide. Les méthodes proposées sont des solutions prometteuses qui peuvent être appliquées dans des applications telles que la mise en registre non-rigide de vues multiples, la reconstruction 3D dynamique, l’animation 3D ou la recherche de modèles 3D dans des banques de données. / Three-dimensional registration (sometimes referred to as alignment or matching) is the process of transforming many 3D data sets into the same coordinate system so as to align overlapping components of these data sets. Two data sets aligned together can be two partial scans from two different views of the same object. They can also be two complete models of an object generated at different times or even from two distinct objects. Depending on the generated data sets, the registration methods are classified into rigid registration or non-rigid registration. In the case of rigid registration, the data is usually acquired from rigid objects. The registration process can be accomplished by finding a single global rigid transformation (rotation, translation) to align the source data set with the target data set. However, in the non-rigid case, in which data is acquired from deformable objects, the registration process is more challenging since it is important to solve for both the global transformation and local deformations. In this thesis, three methods are proposed to solve the non-rigid registration problem between two data sets (presented in triangle meshes) acquired from deformable objects. The first method registers two partially overlapping surfaces. This method overcomes some limitations of previous methods to solve large global deformations between two surfaces. However, the method is restricted to small local deformations on the surface in order to validate the descriptor used. The second method is developed from the framework of the first method and is applied to data for which the deformation between the two surfaces consists of both large global deformation and small local deformations. The third method, which exploits both the first and second method, is proposed to solve more challenging data sets. Although the quality of alignment that is achieved is not as good as the second method, its computation time is accelerated approximately four times since the number of optimized parameters is reduced by half. The efficiency of the three methods is the result of the strategies in which correspondences are correctly determined and the deformation model is adequately exploited. These proposed methods are implemented and compared with other methods on various types of data to evaluate their robustness in handling the non-rigid registration problem. The proposed methods are also promising solutions that can be applied in applications such as non-rigid registration of multiple views, 3D dynamic reconstruction, 3D animation or 3D model retrieval.

Les alliages d'aluminium utilisés dans les structures aéronautiques (fuselage, voilure) sont soumis à des chargements cycliques, faisant de la fatigue l'un des facteurs dimensionnant. Dans cette thèse, les mécanismes d'amorçage de ces fissures de fatigue – au niveau des particules intermétalliques – et de micropropagation sont étudiés expérimentalement et numériquement sur les alliages 2050-T8 et 7050-T7451. Les analyses des premiers chapitres portent sur la description des particules intermétalliques qui sont les plus susceptibles de donner lieu à une amorce de fissure dans la matrice d'aluminium. Les effets de la nature des particules et de leur taille sont quantifiés. La proximité entre les particules intermétalliques et les pores y est décrite. Cette analyse expérimentale fait intervenir des observations de surface en microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que des caractérisations tridimensionnelles (3D) réalisées à l'aide de la tomographie par rayonnement synchrotron. Dans les chapitres suivants, les analyses traitent de la prévision des chemins de fissuration à l'échelle d'un grain. Elles s'appuient sur des observations expérimentales de surface et des simulations de plasticité cristalline 3D pour comprendre les chemins de fissuration. Un modèle d'endommagement tenant compte de la cristallographie est alors proposé pour simuler la propagation de fissure par éléments finis. / Aluminium alloys used for aerospace structures (wing, fuselage) are subjected to cyclic loading. Fatigue properties of such alloys are therefore taken into account for the design of such parts. In this thesis, initiation mechanisms of fatigue cracks – near intermetallic particles – and micropropagation are studied experimentally and numerically on alloys 2050-T8 and 7050-T7451. In the first chapters, the analysis focuses on intermetallic particles which are most prone to initiate a fatigue crack in the aluminium matrix. The effects of the nature of particles as well as their size are quantified. The proximity between intermetallic particles and pores is described. This experimental analysis use surface observations obtained with a scanning electron microscope (SEM), and three-dimensional (3D) characterizations using synchrotron tomography. In the last chapters, analysis are oriented towards the prediction of crack paths at the grain size. They rely on surface experimental observations and 3D crystal plasticity modelling in order to understand crack paths. A damage model taking into account crystallography is proposed to simulate crack propagation using the finite element method.

L'objectif de cette thèse est, l'étude fine des effets d'amplification suite à la géologie locale, notamment dans des bassins sédimentaires, ainsi que l'évaluation des avantages et Iimites des méthodes d'estimations. La partie expérimentale est basée sur des données acquises au site test EURO-SEISTEST, le premier site-test en Europe occidentale proche de Thessalonique (Grèce). Après une évaluation des effets d'amplification au site même et une étude de leur stabilité en fonction de plusieurs paramètres, les estimations obtenues par cinq méthodes différentes (la méthode des rapports spectraux classique, la méthode des fonctions récepteurs, une inversion généralisée, une méthode de la Coda et la méthode de Nakamura) sont comparées entre elles. Les avantages et limites de chaque méthode sont évaluées. Les résultats sont dans la suite confrontés et comparés avec des modélisations uni - et bidimensionnelles. La variabilité spatiale à travers la vallée examinée est étudiée par la cohérence spatiale. La grande couverture spatiale par des stations installées au site a permis de séparer deux zones d'un comportement différent de la cohérence entre deux signaux dépendant de la distance qui les sépare. Ceci n'a jamais été remarqué dans des études précédents à cause d 'une couverture spatiale trop faible. Finalement, l'étude paramétrique des effets d'amplifications dans un milieu hétérogène en trois dimensions montre que l'effet géométrique est important et peut provoquer des amplifications significatives. La réponse d'un milieu plus complexe n'est difficilement à prévoir, dépend de l 'azimut de l'onde incidente et montre des amplifications importantes en présence d'un forte contraste d'impedence présent.

L'objectif principal de cette thèse est de développer des outils pour la reconstruction de l'environnement urbain à partir d'images. Les entrées typiques de notre travail est un ensemble d'images de façades, des empreintes au sol de bâtiments, et des modèles 3D reconstruits à partir d'images aériennes. Les principales étapes comprennent le calibrage des images,le recalage avec le modèle 3D, la récupération des informations de profondeur ainsi que la sémantique des façades.Pour atteindre cet objectif, nous utilisons des techniques du domaine de vision par ordinateur, reconnaissance de formes et de l'informatique graphique. Les contributions de notre approche sont présentés en deux parties.Dans la première partie, nous nous sommes concentrés sur des techniques de reconstruction multi-vues dans le but de récupérer automatiquement les informations de profondeur de façades à partir un ensemble des photographies non calibrées. Tout d'abord, nous utilisons la technique structure et mouvement pour calibrer automatiquement l'ensemble des photographies. Ensuite, nous proposons des techniques pour le recalage de la reconstruction avec un modèle 3D. Enfin, nous proposons des techniques de reconstruction 3d dense (stéréo multi-vues et voxel coloring) pour produire un maillage 3D texturé d'une scène d'un ensemble d'images calibrées.La deuxième partie est consacrée à la reconstruction à partir d'une seule vue et son objectif est de récupérer la structure sémantique d'une façade d'une image ortho-rectifiée. La nouveauté de cette approche est l'utilisation d'une grammaire stochastique décrivant un style architectural comme modèle pour la reconstruction de façades. nous combinons un ensemble de détecteurs image avec une méthode d'optimisation globale stochastique en utilisant l'algorithme Metropolis-Hastings.

Le projet de recherche doctorale porte sur la cartographie, modélisation tridimensionnelle, stratigraphie et lithostratigraphie des sédiments de surface des bassins versants des rivières Saint-François et Chaudière. Ce projet s'inscrivait dans une série de projets initiés par le Ministère du Développement Durable, des Parcs et de l'Environnement du Québec dont l'objectif ultime était de mieux connaître et protéger les eaux souterraines des bassins versants des rivières Chaudière et Saint-François, de la frontière internationale à sa confluence avec le fleuve Saint-Laurent, dans la région de la capitale nationale. Ainsi, la présente recherche constitue un projet d'étude sur la dynamique quaternaire du Sud-Est du Québec qui permet de comprendre la nature et la distribution des sédiments et des séquences quaternaires. Dans ce contexte, un des intrants majeurs dans la détermination des propriétés géologiques régionales est la compréhension de la distribution et de l'architecture tridimensionnelle des sédiments de surface. La compilation et la cartographie des formations superficielles de ces deux bassins versants ont été des objectifs incontournables et requis pour l'analyse tridimensionnelle. Dans les bassins considérés, des dizaines de coupes naturelles ont été analysées et compilées ainsi qu'un grand nombre d'exploitations anthropiques dont les informations s'ajoutent à des milliers de forages de sources diverses. Leur intégration à la stratigraphie existante a permis l'élaboration des cartes d'épaisseurs de dépôts meubles et de la construction d'un modèle tridimensionnel des unités quaternaires pour l'ensemble des deux bassins versants. Le développement du cadre chronologique vient compléter la thèse. Un outil de corrélation stratigraphique basé sur l'âge des dépôts est proposé dans cette étude. Ce programme a pour but de corréler et de distinguer les différentes unités glaciolacustres des Appalaches. Cette nouvelle approche est fondée sur la valeur des rapports Ln/Tn, qui sont l'expression de la luminescence naturelle sur la luminescence induite après irradiation en laboratoire. Malgré une remise à zéro partielle des sédiments, les âges sur les varves de la fin du Sangamonien (85 ± 2 ka), du Wisconsinien moyen (56 ± 6 ka) et du Wisconsinien supérieur (< 24 ± 2 ka) ont permis de situer les séquences glaciolacustres à l'intérieur des cycles connus (stades, interstades et interglaciaires) qui sont eux-mêmes basés sur des axiomes (stratigraphie isotopique océanique et stratigraphie continentale). Un autre objectif principal de cette étude visait à définir les principaux événements de la paléogéographie de cette région. La complexité de la séquence stratigraphique reflète des conditions uniques d'englaciation et de déglaciation dans un secteur caractérisé par des retraits glaciaires à contre-pente, permettant le développement de lacs proglaciaires et la préservation d'un volume de sédiments quaternaires antérieurs à la dernière glaciation. Ces sédiments sont essentiellement associés à l'épisode glaciolacustre de la Formation de Gayhurst. Un travail de synthèse sur l'extension et la caractérisation des sédiments associés à ce lac proglaciaire (Wisconsinien moyen) est proposé afin d'évaluer son extension dans les deux bassins versants. L'âge de 45 ± 5 ka obtenus sur un faciès deltaïque, dans le cadre du programme de datation, indique que cette séquence s'est déposée lors du Wisconsinien Moyen. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cartographie, stratigraphique quaternaire des Appalaches, Basses-Terres du Saint-Laurent, Modélisation géologique 3D, Inlandsis laurentidien, séquences et faciès glaciolacustres, géochronologie.

La modélisation à l’aide de l’approche RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) a été menée en trois dimensions, en considérant les régimes permanent et non permanent, dans le but de simuler les écoulements au niveau des jonctions, bifurcations et déversoirs d’orage. A travers ces trois exemples d’étude, plusieurs stratégies de modélisation (différentes combinaison lois de paroi/modèles de turbulence, différents algorithmes de couplage pression/vitesse, différents schémas de discrétisation spatiale, différentes conditions aux limites, différents types et tailles de maille, etc.) ont été testées et évaluées à l’aide de plusieurs indicateurs de performance (de type RMS –Root Mean Square) en s’appuyant sur les données de vitesses (vitesses moyennes in situ et champs de vitesses obtenus par PIV en laboratoire), hauteurs d’eau, débits (répartition de débits en bifurcation en laboratoire ou débits déversés in situ). Les résultats obtenus sont transposables aux autres cas de singularités et ouvrages spéciaux rencontrés en réseau d’assainissement et montrent que : i) les résultats des simulations 3D sont sensibles à la rugosité, aux conditions limites de hauteur et de vitesse ; ii) dans les trois cas d’étude, les schémas de discrétisation du second ordre et l’algorithme de couplage pression/vitesse PISO sont appropriés ; ii) la loi de paroi scalable couplée aux modèles de turbulence de type k-ε pour le cas des jonctions (avec un débit latéral inférieur ou égal au débit principal) ou des déversoirs semblent convenir, tandis que le modèle de turbulence RSM associé à la loi de paroi enhanced ou scalable permet de mieux représenter les écoulements à travers les bifurcations ou au niveau des jonctions lorsque le débit latéral est dominant. Sur la base de ces résultats, une méthodologie de modélisation plus générale définie en six étapes et fondée sur le guide proposée par Jakeman et al. (2006) a été mise au point. La méthodologie ainsi définie a été utilisée pour i) améliorer l’instrumentation du déversoir OTHU (Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine) situé à Ecully, à partir de la simulation de sa courbe de fonctionnement et en fournissant les incertitudes sur les débits déversés obtenus ; ii) simuler l’implémentation des capteurs débitmétriques à l’aval d’une jonction. Elle a permis de concevoir et de dimensionner un nouveau dispositif de maîtrise des flux d’eau et de polluants déversés (technologie DSM – dispositif de surveillance et de maîtrise des flux déversés au milieu naturel). Ce dispositif a fait l’objet d’un dépôt de brevet international. Enfin, la mise en œuvre de cette méthodologie a été à l’origine de la découverte d’une nouvelle structure d’écoulement dans la branche latérale d’une bifurcation à 90°. L’analyse des résultats des simulations des écoulements mettant en évidence cette nouvelle structure a montré qu’il était possible de prédire l’apparition de cette dernière à partir du rapport d’aspect et du nombre de Froude. / The understanding of sewer flows behaviour is a key component for better urban drainage monitoring and management. However, these flows are conveyed across singularities (such as bends, drops, deviations, etc.) and special structures (combined sewer overflows –CSOs–, channels junction, dividing flow structures, etc.). These singularities and specific structures exhibit complex geometries, leading to open channel turbulent, three-dimensional and multiphase (pollutants and storm and sewer waters) flows. Using three-dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) platform allows a better understanding of mechanisms of contaminants transport through these structures and singularities, leading to a better sewer monitoring. In this thesis, 3D-RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) modelling approach under steady-state conditions is used in order to study flows within CSOs, junctions and bifurcations. Through these three structures, several modelling strategies (wall law/turbulence model combination, velocity/pressure coupling algorithm, spatial discretisation schemes, boundary conditions, computational mesh –shape and size of cells–, etc.) are tested and evaluated thanks to performance indicators (such as RMS –Root Mean Square– indicators) based on velocities (in situ mean velocities and PIV velocity fields obtained in laboratory), water depths and discharge (discharge repartition for bifurcation in laboratory or in situ overflow discharge, for CSOs). Results deriving from these tests are transposable to other singularities or special structures encountered in sewer network and suggest that: i) simulated CFD results are sensitive to the roughness coefficient; ii) for the three studied structures, second-order discretisation schemes and SIMPLE or PISO velocity/pressure coupling algorithm are appropriate; iii) scalable wall function associated to the group of k-ε turbulence model for junction flows (with a lateral inflow lower or equal to the main inflow) or for CSOs is appropriate, whereas RSM turbulence model associated to enhanced wall function allows a better representation of bifurcation flows or junctions flows when the lateral inflow is greater than the main inflow. Based on these results and on Jakeman et al. (2006) guideline, a six steps-methodology focused on the using of RANS approach modelling has been proposed. This six steps-methodology is used in order to i) enhance the monitoring of an OTHU (Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine) CSO located at Ecully accounting for uncertainties on overflow discharge values ;ii) simulate the performance of flowmeters downstream of a junction, defining the best location for these sensors. This methodology is used to design the new overflow discharge measurement device. This device is an international patent. Finally, the application of the methodology led to point out a new flow structure, occurring in the downstream lateral branch of a 90° bifurcation.