Dans cette thèse, on étudie la stabilité orbitale d’états stationnaires de modèles mathématiques de type "Hamiltonian mean-field", dits modèles HMF. Cette étude est d’abord menée d’un point de vue théorique en utilisant des méthodes variationnelles. Puis, elle est menée d’un point de vue numérique en commençant par l’élaboration de schémas conservant exactement des états stationnaires. Le Chapitre 2 présente une étude théorique de la stabilité orbitale des états stationnaires du modèle HMF Poisson. Plus précisément, on prouve la stabilité orbitale d’une grande classe d’états stationnaires solutions du système HMF avec potentiel de Poisson. Ces états stationnaires sont des minimiseurs d’un problème à une, deux ou une infinité de contraintes d’une certaine fonctionnelle. La preuve s’appuie sur une approche variationnelle. Cependant le caractère borné du domaine empêche l’utilisation des techniques usuelles basées sur des invariances d’échelles. On introduit alors de nouvelles méthodes, spécifiques à ce problème, mais demeurant dans l’esprit des outils de réarrangements introduits pour le système de Vlasov-Poisson. En particulier, ces méthodes permettent de considérer un nombre arbitraire de contraintes et aboutissent à un résultat de stabilité pour une grande classe d’états stationnaires. Dans le Chapitre 3, on construit des schémas numériques conservant exactement des états stationnaires donnés. Ces schémas modélisent mieux la propriété de stabilité orbitale que les schémas classiques. Puis, on propose un schéma plus général en construisant un schéma qui conserve tous les états stationnaires des modèles HMF. Pour finir, à l’aide de ces schémas, est menée une étude numérique de la stabilité des états stationnaires du système de HMF Poisson qui vient compléter l’étude théorique du Chapitre 2. / In this thesis, we study the nonlinear orbital stability of steady states of "Hamiltonian mean-field" models, called HMF models. First, this study is being done theoretically by using variational methods. It is then carried out numerically by building numerical schemes wich exactly preserve steady states. Chapter 2 presents a theoretical study of the orbital stability of steady states which are solutions to the HMF Poisson system. More specifically, the orbital stability of a large class of steady states which are solutions to the HMF system with Poisson potential is proved. These steady states are obtained as minimizers of an energy functional under one, two or infinitely many constraints. The proof relies on a variational approach. However the boundedness of the space domain prevents us from using usal technics based on scale invariance. Therefore, we introduce new methods which, although specific to our context, remain somehow in the same spirit of rearrangements tools introduced for the Vlasov-Poisson system. In particular, these methods allow for the incorporation of an arbitrary number of constraints, and yield a stability result for a large class of steady states. In Chapter 3, numerical schemes exactly preserving given steady states are built. These schemes model the orbital stability property better than the classic ones. Then, a more general scheme is introduced by building a scheme wich preserves all steady states of HMF models. Lastly, by means of these schemes, we conduct a numerical study of stability of steady states solutions to HMF Poisson system. This completes the theoretical study in Chapter 2.

La spectroscopie ro-vibrationelle de haute résolution de l’ion moleculaire H2+ par REMPD requiert une source sélective en état interne. Dans cette thèse nous présentons notre travail de conception et de réalisation d’une telle source utilisant la photo-ionisation multiphotonique résonante (REMPI) de H2 à l’aide d’un laser pulsé à 303 nm.Dans un deuxième temps nous présentons nos simulations numériques de refroidissement sympathique dans un piège de Paul linéaire, avec pour application principale le projet GBAR qui implique le refroidissement sympathique d’un ion d’antimatière H̄+ par des ions Be+ refroidis par laser. Nous avons dévelopé un code GPU utilisant un pas de temps variable permettant de décrire les interactions coulombiennes de façon efficace. Nous discutons de l’influence du chauffage RF et de lois d’échelles entre le temps de capture, l’énergie initiale et le nombre d’ions dans le cristal. Nous montrons que le refroidissement sympathique de H̄ requis pour GBAR pourrait fonctionner avec un cristal dissymétrique de Be+/HD+ qui semble plus efficace que le Be+ seul. Nous montrons qu’avec un tel cristal la capture du H̄+ pourrait être détectée expérimentalement par analyse de Fourier des données de fluorescence. / The high-resolution ro-vibrational spectroscopy of the H2+ molecular ion by resonance-enhanced multiphoton dissociation (REMPD) requires a state-selective source of H2+. In this thesis we present work on a functional state selective H2+ ion source using resonance enhanced multiphoton ionisation (REMPI) with a 303 nm pulsed laser.The second part of the thesis presents numerical simulations of sympathetic cooling in linear RF traps, whose main application is the GBAR project (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest) which involves sympathetic cooling of an antimatter H̄+ ion by laser-cooled Be+ ions. We developed a GPU code using a variable timestep technique enabling a fast description of Coulomb interactions. We discuss the influence of RF heating and scaling laws between cooling times, initial energy and ion numbers in the cooling crystal. We show that the H̄ sympathetic cooling step of GBAR could be feasible using a rotationally asymmetric two-component Be+/HD+ crystal which appears more effective than a single-component Be+ crystal. We find that the H̄+ ion’s capture by this crystal could be detected experimentally by Fourier analysis of the fluorescence data.

Dans le contexte du calcul scientique, l'équilibrage de la charge est un problème crucial qui conditionne la performance des simulations numériques parallèles. L'objectif est de répartir la charge de travail entre un nombre de processeurs donné, afin de minimiser le temps global d'exécution. Une stratégie populaire pour résoudre ce problème consiste à modéliser la simulation à l'aide d'un graphe et à appliquer des algorithmes de partitionnement. En outre, les simulations numériques tendent à se complexifier, notamment en mixant plusieurs codes représentant des physiques différentes ou des échelles différentes. On parle alors de couplage de codes multi-physiques ou multi-échelles. Dans ce contexte, le problème de l'équilibrage de charge devient également plus difficile, car il ne s'agit plus d'équilibrer chacun des codes séparément, mais l'ensemble de ces codes pris dans leur globalité. Dans ce travail, on propose de resoudre ce problème en utilisant le modèle de partitionnement à sommets fixes qui pourrait représenter efficacement les contraintes supplémentaires imposées par les codes couplés (co-partitionnement). Nous avons donc développé un algorithme direct de partitionnement de graphe qui gère des sommets fixes. L'algorithme a été implémenté dans le partitionneur Scotch et une série d'expériences ont été menées sur la collection des graphes DIMACS. Ensuite nous avons proposé trois algorithmes de co-partitionnement qui respectent les contraintes issues des codes couplés respectifs. Nous avons egalement validé nos algorithmes par une étude expérimentale en comparant nos méthodes aux strategies actuelles sur des cas artificiels ainsi que sur des codes réels couplés. / Load balancing is an important step conditioning the performance of parallel applications. The goal is to distribute roughly equal amounts of computational load across a number of processors, while minimising interprocessor communication. A common approach to model the problem is based on graph structures and graph partitioning algorithms. Moreover, new challenges involve the simulation of more complex physical phenomena, where different parts of the computational domain exhibit different physical behavior. Such simulations follow the paradigm of multi-physics or multi-scale modeling approaches. Combining such different models in massively parallel computations is still a challenge to reach high performance. Additionally, traditional load balancing algorithms are often inadequate, and more sophisticated solutions should be explored. In this thesis, we propose new graph partitioning algorithms that balance the load of such simulations, refered to as co-partitioning. We formulate this problem with the use of graph partitioning with initially fixed vertices which we believe represents efficiently the additional constraints of coupled simulations. We have therefore developed a direct algorithm for graph partitioning that manages successfully problems with fixed vertices. The algorithm is implemented inside Scotch partitioner and a series of experiments were carried out on the DIMACS graph collection. Moreover we proposed three copartitioning algorithms that respect the constraints of the respective coupled codes. We finally validated our algorithms by an experimental study comparing our methods with current strategies on artificial cases and on real-life coupled simulations.

Le projet VERTEX, dans lequel s'inscrivent ces travaux, a pour objectif de valider des modèles composites par essais statiques multi-axiaux sur des éprouvettes à l'échelle des détails structuraux. Le positionnement à cette échelle nécessite de développer de nouveaux outils d'instrumentation et de dialogue essais/calculs, qui sont au cœur de cette thèse. Compte-tenu de la complexité de ce type d'essai, nous nous intéressons ici à la Stéréo Corrélation d'Images Numériques (SCIN) puisqu'elle permet d'accéder à un champ de déplacement 3D à la surface du spécimen. Néanmoins, si l'on s'en tient à des approches classiques, il est difficile de faire une comparaison quantitative entre un champ mesuré et un champ simulé par Éléments Finis (EF). Ainsi dans ce travail, un formalisme est développé pour réaliser une mesure par SCIN dans l'espace physique en se basant sur un modèle EF (calibration de modèles non-linéaires de caméra, mesure de forme EF, mesure de champs EF). Cette méthode donne accès à un champ de déplacement expérimental directement exprimé dans les repère et support EF de la simulation, ce qui simplifie considérablement la validation. Pour valider un modèle à l'échelle des détails structuraux, la question des conditions aux limites est fondamentale. Cette question est d'autant plus complexe que la mesure cinématique se limite à la surface visible. En plus de cette mesure surfacique, il est envisagé ici d'estimer les conditions aux limites dans l'épaisseur en s'appuyant sur un modèle de type plaque/coque (classique ou volumique) et en y accordant plus ou moins de confiance (approches régularisée ou intégrée dans tout ou partie de l'éprouvette). La méthodologie est implémentée dans un logiciel académique et est appliquée sur des essais synthétiques. Une instrumentation adaptée au banc VERTEX a également permis l'analyse des essais réalisés dans le projet. / VERTEX Project, to which this thesis belongs, aims to validate composite models by multi-axial static tests on specimens at the level of structural details. The positioning on this scale requires the development of both new instrumentation techniques and tools for the test/simulation dialogue, which are at the heart of this thesis. Given the complexity of this type of experiments, we focus here on Stereo Digital Image Correlation (SDIC) since it yields 3D displacement fields on the surface of the specimen. However, if we stick to conventional approaches, it is difficult to make quantitative comparisons between a measured field and a Finite Element (FE) simulated field. Thus, in this work, a framework is developed to make a measurement by SDIC in the physical coordinate system based on an FE model (calibration of non-linear camera models , FE shape measurement, FE field measurement). This method gives access to experimental displacement fields directly expressed both in the coordinate system and support of the FE simulation, which considerably simplifies validation. To validate a model at the scale of structural details, the question of boundary conditions is fundamental. This question is even more complex since the kinematic measurement is limited to the visible surface. In addition to this surface measurement, it is here envisioned to estimate additionally the boundary conditions in the thickness of the specimen relying on a plate/shell-like model (classic or volume). Different approaches are considered depending on the confidence giving to this model. This methodology is implemented in an academic software and is applied to synthetic tests. The development of a dedicated instrumentation also allowed the analysis of tests performed on the VERTEX bench.

Cette thèse se place dans le contexte de la fiabilité structurale associée à des modèles numériques représentant un phénomène physique. On considère que la fiabilité est représentée par des indicateurs qui prennent la forme d'une probabilité et d'un quantile. Les modèles numériques étudiés sont considérés déterministes et de type boîte-noire. La connaissance du phénomène physique modélisé permet néanmoins de faire des hypothèses de forme sur ce modèle. La prise en compte des propriétés de monotonie dans l'établissement des indicateurs de risques constitue l'originalité de ce travail de thèse. Le principal intérêt de cette hypothèse est de pouvoir contrôler de façon certaine ces indicateurs. Ce contrôle prend la forme de bornes obtenues par le choix d'un plan d'expériences approprié. Les travaux de cette thèse se concentrent sur deux thématiques associées à cette hypothèse de monotonie. La première est l'étude de ces bornes pour l'estimation de probabilité. L'influence de la dimension et du plan d'expériences utilisé sur la qualité de l'encadrement pouvant mener à la dégradation d'un composant ou d'une structure industrielle sont étudiées. La seconde est de tirer parti de l'information de ces bornes pour estimer au mieux une probabilité ou un quantile. Pour l'estimation de probabilité, l'objectif est d'améliorer les méthodes existantes spécifiques à l'estimation de probabilité sous des contraintes de monotonie. Les principales étapes d'estimation de probabilité ont ensuite été adaptées à l'encadrement et l'estimation d'un quantile. Ces méthodes ont ensuite été mises en pratique sur un cas industriel. / This thesis takes place in a structural reliability context which involves numerical model implementing a physical phenomenon. The reliability of an industrial component is summarised by two indicators of failure,a probability and a quantile. The studied numerical models are considered deterministic and black-box. Nonetheless, the knowledge of the studied physical phenomenon allows to make some hypothesis on this model. The original work of this thesis comes from considering monotonicity properties of the phenomenon for computing these indicators. The main interest of this hypothesis is to provide a sure control on these indicators. This control takes the form of bounds obtained by an appropriate design of numerical experiments. This thesis focuses on two themes associated to this monotonicity hypothesis. The first one is the study of these bounds for probability estimation. The influence of the dimension and the chosen design of experiments on the bounds are studied. The second one takes into account the information provided by these bounds to estimate as best as possible a probability or a quantile. For probability estimation, the aim is to improve the existing methods devoted to probability estimation under monotonicity constraints. The main steps built for probability estimation are then adapted to bound and estimate a quantile. These methods have then been applied on an industrial case.

Ce travail s’intéresse à la phase de montée d’un aéronef civil. Les trajectoires minimisant le temps de montée ainsi que que celles minimisant la consommation de carburant sont étudiées au travers du contrôle optimal géométrique. La dynamique associée à la phase de montée possède un phénomène dit de perturbation singulière. Ce phénomène, présent dans les systèmes multi-échelle, rend difficile la résolution numérique du problème de contrôle associé. La réduction desystème hamiltonien, permettant de s’affranchir de la difficulté numérique introduite par la perturbation singulière, est étudiée d’un point de vue théorique puis numérique. Dans un second temps, le système réduit est étudié géométriquement. L’utilisation des outils du contrôle géométrique combinée à celui des synthèses à temps court permet de déterminer des familles de trajectoires localement temps-optimales pour des temps courts. Cette étude est complétée par une étude des trajectoires temps-optimales en présence de contraintes d’état. D’un point de vue plus numérique, les méthodes directes et indirectes sont utilisées pour résoudre les différents problèmes. Une synthèse locale est alors réalisée en partant des familles de trajectoires déterminées pour des temps courts. Une étude des trajectoires minimisant la consommation de carburant est également réalisée. / This work concerns the climbing phase of a civil aircraft. The trajectories which minimize the climbing time and the one which minimize the fuel consumption are studied throughout geometric optimal control. The climbing phase dynamics presents a characteristics called singular perturbation. This phenomena exists in multi-scale dynamics which makes the numerical study of the associated control problem difficult. Theoretically and numerically we study the reduction of hamiltonian system. This concept allows to remove the numerical complexity induced by the singular perturbation. Secondly, the reduced system is studied geometrically. Families of timeoptimal trajectories in small time are determined thanks to geometric control tools and small time synthesis. A study of time-optimal trajectories with active state constraints completes this work. From a more numerical point of view, direct and indirect methods are used to solve the climbing problems. A local synthesis for time-optimal trajectory is established starting from the families of trajectory determined in small time. A study of minimum fuel consumption trajectories is also realized.

La connaissance précise des champs électromagnétiques rayonnés par les dispositifs hyperfréquences nécessite des outils instrumentaux permettant la mesure directe ou indirecte de ces champs. La technique du scan champ proche fait partie de ces outils. Ce manuscrit décrit les travaux de caractérisation des sondes électromagnétiques pour une plate-forme de scan champ proche développée au laboratoire LAPLACE. L’accent a été mis sur la simulation électromagnétique des dispositifs de test utilisés dans le travail de déconvolution du facteur d’antenne des sondes de champs magnétiques ou électriques. Ces dispositifs comprennent aussi bien des structures planaires telles que des interconnexions en ligne microruban que des composants en guide d’ondes tels que des guides ouverts de formes rectangulaire ou circulaire. Pour analyser ces structures des logiciels commerciaux basés sur la méthode des différences finis ont été utilisés. Dans le cas des structures rayonnantes un programme basé sur la méthode de l’opérateur transverse a été développé, permettant la détermination de l’admittance de rayonnement et les champs rayonnés en zones proche et lointaine. Les résultats obtenus ont été validés par des simulations avec des outils commerciaux, et par des mesures réalisés au laboratoire. / The accurate knowledge of electromagnetic fields radiated by microwave devices requires instrumental tools for direct or indirect measurement of these fields. Near-field scan technique is one of those tools. This manuscript describes the work done to characterize electromagnetic probes using a near field scan platform developed in the laboratory LAPLACE. We focused our work on the electromagnetic simulation of test devices that are used in the deconvolution of antenna factor of magnetic or electric probes. These devices include both planar structures such as microstrip line and also waveguide components such as rectangular or circular open-ended waveguides. To analyze these structures, commercial software based on finite element method was used. In case of radiating structures, a program based on transverse operator method was developed. It allows the determination of the admittance of radiation and the radiated electromagnetic fields in near-field and far-field regions. The results were validated by simulations with commercial tools, and measurements made in the laboratory.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la corrélation entre la microstructure des matériaux granulaires cimentés, la morphologie des fissures qui peuvent y apparaître et leur perméabilité apparente. Une approche numérique par discrétisation sur réseau a permis de prendre en compte la structure polyphasique hétérogène de ces matériaux et d'étudier les mécanismes qui contrôlent leur comportement et leur rupture. Trois régimes de rupture ont été identifiés en fonction de la fraction volumique de la phase cimentaire et de l'adhésion aux interfaces inclusions/matrice cimentaire. Dans le cadre de la sûreté nucléaire, et dans une optique d'analyse d'étanchéité sur des bétons fissurés, une méthodologie de génération de microstructures représentatives du béton, combinant les fractions volumiques des phases et les distributions des tailles des grains, a été proposée. Cette méthodologie permet d'analyser le réseau de fissures qui peut y apparaitre sous chargement en fonction de la microstructure. En particulier, la tortuosité des fissures est analysée en fonction de la fraction volumique des inclusions et de la distribution de leurs diamètres. Enfin, la perméabilité apparente des des fissures a été étudiée par la simulation de l'écoulement d'un liquide par la methode Lattice Boltzmann. Une corrélation microstructure-tortuosité-perméabilité a été ainsi obtenue. Les outils de modélisation et d'analyse proposés sont suffisamment génériques pour permettre de prendre en compte la complexité microstructurelle d'autres types de matériaux polyphasiques et leurs évolutions. / In this work, we investigate the relationships between the microstructure of cemented granular materials, morphology of cracks that may appear under tensile loading and their apparent permeability. In order to simulate the complexity of the multiphase heterogeneous structure of these materials, a numerical approach based on a lattice discretization was developed and used to study the mechanisms that control their behavior and rupture. Three distinct regimes of crack propagation were evidenced in terms of the combined influence of the matrix volume fraction and particle/matrix adherence. In the context of nuclear safety and in view of analyzing cracked concrete toughness, a methodology is proposed for generating representative microstructures with controlled phase volume fractions and particle size distributions. The cracks obtained under tensile loading are analyzed and a relationship is obtained between the microstructure of concrete and the tortuosity of the cracks. The permeability of cracked numerical microstructures was obtained by the simulation of liquid flow through the cracks by means of the Lattice Boltzmann method. Finally, a microstructure-tortuosity-permeability relation is proposed. The modeling and analysis tools developed in this work are generic enough to be applied to other complex multiphase heterogeneous materials.

Le système d’identification d’iris est considéré comme l’une des meilleures technologies biométriques. Toutefois, des problèmes liés à la segmentation de l’iris et à la normalisation de la texture de l’iris sont généralement signalés comme principales origines des reconnaissances incorrectes. Dans notre travail, trois contributions principales sont proposées pour améliorer le système d’identification d’iris. Une nouvelle méthode de segmentation est développée. Elle détecte la frontière externe de l’iris par un contour circulaire et la pupille, d’une manière précise, à l’aide d’un modèle de contour actif. Ensuite, une nouvelle méthode de normalisation est proposée. Elle assure une représentation plus robuste et un meilleur échantillonnage de la texture de l’iris comparée aux méthodes traditionnelles. Enfin en utilisant le système d’identification d’iris proposé, la localisation des caractéristiques discriminantes dans une région d’iris est identifiée. Nous vérifions que l’information la plus importante de la région de l’iris se trouve à proximité de la pupille et que la capacité discriminante de la texture diminue avec la distance à la pupille. Les méthodes de segmentation et de normalisation développées sont testées et comparées à un système de référence sur une base de données contenant 2639 images d’iris. Une amélioration des performances de reconnaissance valide l’efficacité du système proposé / Iris identification system is considered among the best biometric technologies. However problems related to the segmentation of the iris and to the normalization of iris templates are generally reported and induce loss of recognition performance. In this work three main contributions are made to the progress of the iris identification system. A new segmentation method is developed. It approximates the outer iris boundary with a circle and segments accurately the inner boundary of the iris by use of an active contour model. Next, a new normalization method is proposed. It leads to a more robust characterization and a better sampling of iris textures compared to traditional normalization methods. Finally using the proposed iris identification system, the location of discriminant characteristics along iris templates is identified. It appears that the most discriminant iris characteristics are located in inner regions of the iris (close to the pupil boundary) and that the discriminant capabilities of these characteristics decreases as outer regions of the iris are considered. The developed segmentation and normalization methods are tested and compared to a reference iris identification system over a database of 2639 iris images. Improvement in recognition performance validates the effectiveness of the proposed system

La recherche réalisée dans le cadre de notre thèse vise à étudier les conditions de la construction de l’énonciation de l’homosexualité masculine en proposant une analyse comparative des époques récentes. Ce qui nous intéresse alors, ce sont ainsi les supports de communication (espaces médiatiques et technologies numériques) et les formes de prise de parole. Notre thèse s’organise autour de trois parties. La première partie consiste à mettre en avant le contexte et les caractéristiques de l’énonciation de l’homosexualité. Nous proposons de revenir sur les travaux de Michel Foucault (au travers de son ouvrage La volonté de savoir) afin d’étudier la mise en discours du sexe et ainsi la construction des sexualités. Cela nous amène ainsi à identifier, à travers les époques, les variations de l’énonciation allant d’une logique du secret à une logique revendicative (voire subversive), mais également à étudier la place et les différentes conceptions du coming out. Dans une deuxième partie, nous mettons en avant les différents héritages des formes d’énonciation. Pour cela, nous évoquons les différentes manières de représenter l’homosexualité masculine au cinéma, à la télévision et dans les web séries, à travers une approche linéaire et généalogique des années 1930 à aujourd’hui. Puis, nous revenons également sur les pratiques de la drague homosexuelle selon les lieux ouverts et fermés ; ce qui nous amène alors à nous interroger sur l’existence d’une libération des formes expressives. Enfin, à partir de l’analyse de l’application mobile Grindr, nous proposons dans une troisième et dernière partie, d’identifier les différentes figures du dragueur et ses itinérances à l’heure de la géolocalisation. Nous abordons plus précisément le statut et le rapport à l’image, l’identification des différents types de regards qui s’organisent dans l’application, et les enjeux et les conséquences dans le cadre de l’énonciation de l’homosexualité. / The research conducted as part of our thesis aims at looking into the construction of the utterance of male homosexuality putting forward comparative analysis of recent times. Our concern is communication medium (media environment and digital technologies) as well as the different forms of speaking. Our thesis is organized around three parts. The first part consists in highlighting the context and the characteristics about telling homosexuality. We will suggest to revisit Michel Foucault’s work (through his work La volonté de savoir – The will to know) in order to study the implementation of the discourse about sex and then the construction of sexualities. It is also a question of identifying the variations of the self-ascription from the logic of secret to a protest or even subversive form of logic through different times, with the evocation of the place and the different aspects of “coming out”. In a second part, we will explain the different legacies of the ways to express homosexuality. We will then mention the different ways to represent male homosexuality in films, television and in web series through a linear and genealogical basis from the 1930’s until today. We will next review the practice of cruising according to open or closed areas: this will lead us to question the existence of the liberation of expressive forms. Finally, in a third and last part, we will put forward, from the mobile phone application Grindr, the identification of the different features of the cruiser as well as his roaming in a geo-tracking world. We will discuss more precisely the status and the relationship to image, the identification of the different types of views organized through the applications and the stakes and consequences as part of the utterance of homosexuality.