La modelisation statistique en un point d'ecoulements turbulents incompressibles constitue le cadre de ce travail.<br /><br />Dans un premier temps, l'etude du comportement de modeles homogenes classiques de type Rij-epsilon a ete effectuee pour des ecoulements soumis a des effets de rotation. Cette etude a permis de s'interesser plus particulierement a la modelisation du tenseur des correlations pression-deformation et de discuter des contraintes d'objectivite, de realisabilite, et de verification des etats limites de distorsions rapides. Les modeles choisis ont ete testes sur des ecoulements homogenes classiques et compares a des resultats de simulation directe. Les difficultes de prediction des<br />ecoulements fortement rotationnels par ces formulations classiques ont conduit au developpement d'un modele homogene base sur l'equation de transport du tenseur des correlations pression-deformation, dont l'expression est deduite d'une description spectrale de la turbulence. Ce modele necessite la fermeture de trois termes, correspondant au tenseur des taux de dissipation et aux termes lent et rapide de l'equation d'evolution du tenseur de Reynolds. Ses performances ont ete comparees aux modeles classiques dans les cas homogenes precedents et pour des ecoulements de distorsions rapides. Les comparaisons ont montre notamment un meilleur comportement du terme rapide de ce modele par rapport aux formulations classiques.<br /><br /><br /><br /> La prise en compte des effets de paroi constitue la deuxieme partie du travail de these. Trois modeles du second ordre bas-Reynolds ont ete appliques au cas du canal plan etabli. Les comportements asymptotiques des modeles ont ete compares a l'aide de developpements de Taylor au voisinage des parois et de resultats de simulation directe. L'extension du modele developpe precedemment pour<br />des ecoulements homogenes a egalement ete effectuee dans le cas du canal plan.<br /><br /> Le niveau inhabituel de la fermeture proposee rend difficile son application a des configurations tridimensionnelles. La derniere partie de ce travail est par consequent consacree a la validation de fermetures bas-Reynolds classiques, dans le cas d'ecoulements en geometrie complexe. Le comportement de l'un des modeles du second ordre etudie precedemment dans le cas du canal plan est valide sur un cas test tridimensionnel caracterise par un tourbillon longitudinal intense.

Le sujet de cette thèse est la modélisation de la combustion turbulente en milieu diphasique telle qu'elle a lieu par exemple dans les moteurs Diesel. Certaines expériences notamment celles présentées dans cette thèse suggèrent que quand le combustible nécessaire à la combustion est sous forme d'un nuage de gouttes, les fluctuations en particulier de richesse dans le milieu gazeux sont plus fortes. Cela doit être pris en compte dans la modélisation et pourrait être dû à la présence des gouttes. Celles-ci en s'évaporant, jouent le rôle de sources de combustible ponctuelles, aléatoirement réparties dans l'espace, ce qui crée plus de fluctuations à l'échelle de l'espace intergoutte. Ces fluctuations supplémentaires sont prises en compte ici par un groupe de termes lié à l'évaporation, dans l'équation de la variance de la variable de mélange, qui sont fermés en considérant les équations locales d'un milieu diphasique. L'importance d'une nouvelle variable décrivant l'état du mélange à la surface des gouttes au moment de l'évaporation d'une particule fluide a été montrée. Une équation fermée a été écrite pour cette variable. Ces deux nouvelles caractéristiques permettent de mieux décrire l'état du mélange. Pour représenter la combustion nous avons d'abord utilisé un modèle qui suppose que la chimie est infiniment rapide. L'état du milieu thermochimique est alors complètement dépendant de l'évaporation et du mélange sans influence de la cinétique chimique. Le modèle MIL de Gonzalez et Borghi est ensuite utilisé pour prendre en compte certains effets chimiques. Il suppose que la chimie est infiniment brusque, c'est-à-dire à température d'activation très élevée. Ces deux modèles ont été testés pour deux configurations expérimentales, une flamme de type jet et une bombe simulant la combustion dans les moteurs Diesel. Les taux de fluctuation trouvés lors de ces simulations sont assez élevés et mettent en avant la nécessité de bien estimer la dissipation des fluctuations scalaires. Les résultats trouvées en utilisant ces modèles sont comparables à ceux mesurés, notamment dans le cas de la bombe de type Diesel, le modèle MIL permet de retrouver un temps d'auto-allumage et une longueur de la flamme réaliste.

La formation du continent sud américain résulte d'une histoire complexe étalée sur plus de 3.5 Ga. Les processus qui ont façonné le continent ont impliqué l'intégralité de la lithosphère. La structure du manteau supérieur a été étudiée à l'échelle du continent en réalisant un modèle tomographique en ondes de surface, tandis qu'une étude du déphasage des ondes de cisaillement a permis d'appréhender la structure du manteau supérieur sous le sud-est du Brésil.<br /> La tomographie sismique anisotrope en ondes de surface donne une image de la structure en vitesse du manteau supérieur sous le continent et les océans environnants. Une bonne corrélation existe entre les grandes structures géologiques et les hétérogénéités de vitesse. L'anisotropie des ondes de Rayleigh suggère une absence de déformation à grande échelle au-delà de 200 km de profondeur, ce qui contraint verticalement la source de l'anisotropie mise en évidence au sud-est du Brésil. L'étude du déphasage des ondes de cisaillement y a révélé une orientation dominante du plan de polarisation de l'onde quasi-S rapide, parallèle aux chaînes péricratoniques. Un déphasage entre les ondes S rapide et lente supérieur à 2s a été mesuré à l'aplomb des décrochements majeurs. Une telle amplitude suggère que : 1) les décrochements traversent la lithosphère, 2) la lithosphère est caractérisée par une très forte anisotropie intrinsèque, 3) l'asthénosphère contribue au déphasage, par la présence de deux couches ou d'une fabrique tectonique cohérente entre lithosphère et asthénosphère, impliquant une absence de découplage depuis le Néoprotérozoïque.<br /> Une modélisation numérique tridimensionnelle de la déformation lithosphérique a permis d'étudier le couplage mécanique entre la croûte et le manteau supérieur, ainsi que la localisation de la déformation en termes de développement de zones de cisaillement.

La réaction alcali-silice est une pathologie des bétons qui se caractérise par une réaction chimique entre la silice réactive contenue dans certains granulats et les ions contenus dans la solution interstitielle. Elle entraîne la formation de gels silico-calco-alcalins, le gonflement voire la chute des caractéristiques des bétons affectés. Ce travail a pour but de fournir des outils d'aide à la compréhension et à l'expertise des ouvrages atteints. Il est composé de trois parties complémentaires. La première vise à prédire le gonflement du béton à partir de la connaissance des mécanismes réactionnels locaux. La seconde modélise l'influence de l'eau sur la réaction. La dernière vise à reproduire les effets structuraux induits par la réaction (endommagement, déplacements, chute des caractéristiques mécaniques...).

Les schémas de surface ont été développés dans le but de modéliser les échanges de chaleur et d'humidité entre les surfaces continentales et l'atmosphère. Parmi les éléments constitutifs de ces surfaces, la végétation joue un rôle important dans la dynamique des flux à l'interface. Mon travail de thèse a porté sur l'amélioration de la paramétrisation de la végétation dans le modèle de surface ISBA-A-gs (Calvet et al, 1998). Ce modèle est capable de résoudre les bilans énergétique et hydrique à la surface, de calculer la croissance de la biomasse verte de la végétation, et d'estimer sa surface foliaire en tenant compte des conditions météorologiques. Ce modèle intègre également l'effet de l'augmentation de CO2 atmosphérique dans le fonctionnement de la végétation. Mon travail a porté sur l'élaboration et l'application d'une paramétrisation de l'effet du déficit hydrique sur le fonctionnement des couverts de types ligneux. Pour cela, j'ai repris une méthodologie de type méta-analyse des données de la littérature déjà utilisée par Calvet (2000) dans le cadre des couverts de types herbacés. Un travail d'application et de validation a été mené sur 3 jeux de données continues du réseau de mesure EUROFLUX / CarboEurope correspondant à 3 sites forestiers Européens. Ces données comportent les flux du bilan d'énergie classique associés à la mesure du flux de CO2. J'ai pu de ce fait, tester pour la première fois la capacité du modèle à simuler le cycle diurne du flux de CO2 ainsi qu'à estimer le stockage annuel net de carbone sur ce type de couvert (Rivalland et al., 2005). Enfin, j'ai abordé les potentialités d'une nouvelle version du modèle développée par Calvet et Soussana (2001) dont la particularité est de prendre en compte l'effet de l'enrichissement en CO2 de l'atmosphère sur la croissance de la végétation, associé à la disponibilité du milieu en azote du sol. Cette version sépare les différents compartiments de stockage liés à la croissance de la végétation et ouvre des perspectives dans la modélisation complète du cycle du carbone et des effets du changement climatique sur la végétation. En lien avec ce travail, une méta-analyse ainsi qu'une expérimentation de terrain de fertilisation en azote a été menée dans le but de déterminer les paramètres de plasticité propres à cette version, pour différents types de couverts. Une évaluation des simulations du modèle sur une culture de blé a été menée en comparant avec le modèle de culture STICS de l'INRA.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la modélisation d'objets structurés au moyen d'images non-calibrées. Un objet structuré est un objet présentant des particularités qui permettent de le d´ecrire facilement à partir d'éléments géométriques ou physiques (une boite, un cylindre, la tour Eiffel,...). A l'opposé, un objet non structuré est, a priori, difficile à définir à partir de quelques règles simples (le ciel, la mer,...). Notre objectif était de proposer une solution permettant à un utilisateur de modéliser un objet en utilisant à la fois ses connaissances sur la scène observée et des informations extraites d'une séquence d'images obtenues au moyen d'un appareil photographique. Afin de garantir la souplesse d'utilisation et de permettre l'usage d'images dont les caractéristiques de prise de vue sont totalement inconnues (images récupérées sur internet, archives,...), nous souhaitions inscrire notre approche dans le cadre de la reconstruction non-calibrée. Le r´esultat de nos travaux est une méthode interactive complète de modélisation à partir d'images non-calibrées. La méthode développée dans cette thèse permet à l'utilisateur de modéliser tout d'abord l'objet au moyen de contraintes, puis de retrouver son modèle tridimensionnel à partir de la localisation des sommets 3D dans les différentes images disponibles. Pour parvenir à ce résultat, le système effectue un ajustement de faisceaux qui estime les dimensions de la sc`ene observée sans requérir l'initialisation de la pose des images.

La reconstruction 3D est un outil primordial en volcanologie : études morpho-structurales, déformation du sol, modélisation analogique. Une approche originale de reconstruction 3D spécifique aux applications volcanologiques a été développée. Basée sur l'utilisation de plusieurs images numériques acquises autour d'une surface, elle se décompose en deux étapes : (1) un calibrage précis du capteur optique (2) une reconstruction 3D reposant sur la déformation itérative d'un modèle 3D initial. La méthode a été développée et testée en laboratoire sur divers modèles analogiques. Les résultats montrent qu'elle constitue un outil de quantification souple et puissant permettant de détecter des variations fines de la morphologie. Des tests sur site réel ont aussi montré le potentiel important de la méthode dans le cadre de la surveillance volcanologique. L'approche, à la frontière entre Volcanologie et Vision par Ordinateur, offre une alternative aux méthodes classiquement utilisées.

Le suivi des volumes hydriques du patient hémodialysé permet d'accroître l'efficacité des traitements et d'aider à la détermination du poids sec. Le but de cette thèse est d'améliorer les techniques d'évaluation des volumes hydriques du corps en hémodialyse. Les volumes extra et intracellulaires sont obtenus par bioimpédance, le volume plasmatique par mesures d'hématocrite optique ou ultrasonore. La précision des mesures d'hématocrite par ultrason pu être améliorée grâce à une modélisation précise de la variation des différents composés sanguins lors de l'ultrafiltration. Nous avons proposé une nouvelle modélisation électrique des compartiments hydriques, qui permet de mesurer la variation d'eau totale avec plus de précision. Trois méthodes de détermination du poids sec par impédance ont été analysées et améliorées. Les erreurs de la méthode d'impédance dues aux changements de position ou à la variation de la résistivité de l'extracellulaire en hémodialyse ont été étudiées.

L'objet de ce travail de these est l'etude des effets thermiques dus a l'interaction laser-matiere dans le cas de materiaux metalliques irradies avec des impulsions femtosecondes. Deux approches sont developpees. La premiere utilise un traitement numerique a deux dimensions du Modele a Deux Temperatures (MDT). Apres definition d'une Zone Affectee Thermiquement (ZAT) sur la base d'arguments de physique des materiaux, l'etendue de celle-ci est estimee par simulation numerique dans la direction perpendiculaire au faisceau laser. La deuxieme approche est de type experimentale. Les techniques de microscopie electronique en transmission et a balayage sont utilisées pour mesurer l'evolution des microstructures en bordure de la zone irradiee. Les regimes femtoseconde et nanoseconde sont compares dans l'ensemble des resultats de ce travail.

La complexité croissante des systèmes d'acquisition et de traitement en temps réel (TDAQ) pour les expériences de physique des hautes énergies appelle à une évolution ad hoc des outils de développement. Dans cet ouvrage, nous traitons de l'articulation entre la spécification de principe des systèmes TDAQ et leur conception/réalisation sur une plateforme matérielle et logicielle concrète. Notre travail repose sur la définition d'une méthodologie de développement des systèmes TDAQ qui réponde aux problématiques de développements particulières à ces systèmes. Il en résulte la spécification détaillée d'un « canevas méthodologique » basé sur le langage UML, destiné à encadrer un processus de développement. L'usage de ce canevas méthodologique UML doit permettre la mise en place progressive d'un canevas « maison », c'est-à-dire un atelier de développement comprenant des composants réutilisables et des éléments d'architecture génériques adaptés aux applications TDAQ. L'ouvrage s'articule autour de 4 sections principales. La section II est dévolue à la caractérisation et à l'évolution des systèmes TDAQ. En section III, nous nous intéressons aux technologies pertinentes pour notre problématique, notamment les techniques de réutilisation logicielle telles les motifs récurrents (design patterns) et les canevas (frameworks), avec une orientation en faveur des domaines du temps réel et de l'embarqué. Notre apport conceptuel spécifique est exposé en section IV, où nous procédons notamment à la spécification détaillée, formalisée et exemples à l'appui, de notre modèle de développement. Enfin, nous terminons notre propos en section V en évoquant le projet de R&D MORDICUS de mise en œuvre concrète de notre canevas méthodologique UML, ainsi que les développements récents de l'OMG (Object Management Group) sur l'architecture orientée modèles (Model Driven Architecture), particulièrement en résonance avec notre travail.