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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La propagation des vagues est un phénomène complexe. La simulation directe de ce phénomène à l'aide des équations d'Euler ou de Navier Stokes à surface libre sont complexes et très coûteuses numériquement. Si certains phénomènes aux grandes échelles sont bien décrits par des modèles réduits plus simples à simuler numériquement, des modèles plus avancés sont nécessaires pour décrire des échelles plus fines. La première partie de cette thèse est consacrée aux modèles prenant en compte les effets de vorticité. Deux modèles moyennés sur la profondeur sont dérivés sous l'hypothèse d'eau peu profonde. Le premier concerne la propagation des ondes de surface et des ondes internes dans le cadre d'un système de deux fluides non miscibles. Le deuxième est un modèle de propagation des ondes côtières. Les effets turbulents sont pris en compte à travers l'équation de vorticité. Un algorithme numérique est construit pour la validation du second modèle et des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont proposées. Dans la deuxième partie on s'intéresse à l'étude des conditions aux limites. Les problèmes initialement posés dans l'espace infini demandent des conditions aux limites spéciales pour le traitement numérique. On s'intéresse ici au cas des équations de Green-Naghdi. Dans un premier temps, des conditions aux limites transparentes sont dérivées, et des validations numériques sont proposées. Les tests montrent que des conditions aux limites similaires peuvent s'appliquer pour des ondes rentrantes. Dans un deuxième temps, on considère une technique de relaxation pour un système Green-Naghdi mis sous forme d'un système hyperbolique. En particulier, ce formalisme nous permet d'appliquer la technique de Perfect Mached Layers (PML) pour traiter les ondes sortantes et rentrantes. / Water waves propagation is a complex physical process. The direct numerical simulation using Navier-Stokes/Euler equations is a time-consuming and mathematically complicated solution. A good description of large-scale phenomena can be obtained by using relatively simple approximate models. However, if we are interested in a precise description of wave profiles, advanced modelling approaches are required. Once the model is derived, it needs to be solved numerically, and one faces another kind of challenges related to numerical simulations. The first part of the present thesis is devoted to the modelling of surface and internal ocean waves propagation, including dispersive effect and dynamics of the vorticity. In the framework of shallow water hypothesis, two models are derived. Both models involve additional equations for the vorticity evolution. To include the internal waves propagation, first, we consider a system of two immiscible fluids with constant densities. It represents a simple model of the ocean where the upper layer corresponds to the (thin) layer of fluid above the thermocline whereas the lower layer is under the thermocline. The second model includes a surf zone phenomenon. Shearing and turbulence effects in breaking waves are taken into account by a vorticity generation. Both models are governed by dispersive systems and reduce to a classical Green-Naghdi model in the case of vanishing vorticity. Additionally, an algorithm for the numerical resolution of the second model is proposed, and the validation by experimental results is performed. When dispersive/non-hydrostatic effects are taken into account, this usually leads to more accurate models of wave propagation like Green-Naghdi equations, or the two models derived in the first part, for example. The counterpart is that such a type of models requires advanced numerical techniques. In particular, one of the main issues is to define boundary conditions allowing the simulation of wave propagation in infinite physical space but on bounded numerical domains. In the second part of the present research, we focus on a definition of such boundary conditions for the Green-Naghdi equations. Artificial boundary conditions are first proposed for the linearised system. Then we address a hyperbolic system recently proposed to approximate the Green-Naghdi equations. A relatively simple structure of this new hyperbolic system allows for successful applications of Perfect Matched Layer (PML) techniques in order to deal with artificial numerical boundaries. Numerical tests are performed to validate the proposed approaches. In result, we have a correct description of numerical boundaries for non-linear cases. We have shown that the PML equations can be applied to the nonlinear system. Both approaches are then reformulated to solve the problem of injecting propagating waves in a computational domain.

Les technologies liées à la parole, et en particulier la reconnaissance de la parole, suscitent un grand intérêt pour un nombre croissant de langues. La très grande majorité des langues du monde ne possèdent pas de grands corpus de données nécessaires à l'élaboration des systèmes de reconnaissance à l'état de l'art, fondés sur des paradigmes probabilistes pour la plupart. Les travaux menés au cours de cette thèse ont consisté, dans un premier temps, à identifier les difficultés rencontrées lors de l'élaboration d'un système pour une langue peu dotée. Nous avons travaillé principalement sur le problème des forts taux de mots hors-vocabulaire dus au manque de textes, qui est à nos yeux le problème le plus important pour ces langues. Nous défendons l'idée que l'utilisation de sous-unités lexicales correctement sélectionnées qui peuvent être plus petites que les mots, peut amener des gains significatifs de performances. Nous avons utilisé et modifié un algorithme probabiliste qui propose des frontières de morphe, en introduisant des propriétés qui caractérisent la confusion acoustico-phonétique éventuelle entre les unités lexicales de reconnaissance. Les expériences de reconnaissance ont été menées sur deux langues différentes : l'amharique et le turc, et des gains modestes mais significatifs ont été obtenus, autour de 5% relatifs, avec des réductions relatives de taux d'OOV comprises entre 30% et 50%.

Els processos de presa de decisions directives i de gestió i mesurament de l'acompliment són centrals en la gestió estratègica. El procés de gestió estratègica és de caràcter dinàmic, continu i sistèmic. No obstant això, els factors que afecten l'estabilitat estratègica poden ser inesperats, volubles i irregulars. Aquesta tesi s'ha centrat en quatre objectes d'anàlisi: els sistemes de mesurament de l'acompliment, les decisions directives, la incertesa de l'entorn i l'acompliment de l'organització. En aquesta tesi, s'ha plantejat un estudi quantitatiu per contrastar una sèrie d'hipòtesis respecte d'aquestes qüestions de recerca. Les hipòtesis han estat sotmeses a un contrast empíric a partir de dades recollides de 179 respostes d'un qüestionari físic, que s'ha administrat a membres del TMT (top management team) d'organitzacions amb activitat a l'Equador i a Colòmbia. Els resultats de la recerca suggereixen que una primera aportació d'aquesta tesi en la literatura anterior és l'enfocament en la congruència entre les decisions directives com un atribut important en la interrelació entre el pla estratègic i el pla operatiu dintre del cicle de gestió estratègica (Kaplan i Norton, 2008, 2010), sobre el qual anteriorment s'havia prestat poca atenció. En segon lloc, la tesi contribueix a entendre que una de les vies per les quals els sistemes estratègics de mesurament de l'acompliment ajuden a acomplir millor la gestió és assegurant una congruència o una sincronia més grans entre les decisions directives, distingint com els diferents tipus de congruència afecten diferents aspectes de l'acompliment de la gestió. Respecte d'aquesta segona aportació, la tesi demostra específicament que, dintre de l'acompliment de la gestió, la més gran alineació estratègica interna està associada a la congruència entre les decisions estratègiques, mentre que la capacitat de qüestionament estratègic està associada a la congruència entre les decisions de caràcter operatiu, i la rapidesa de resposta estratègica està associada a la congruència entre les decisions de caràcter estratègic i operatiu. Finalment, la tesi contribueix a la discussió que s'ha obert recentment en la literatura sobre si els SPMS són adequats en entorns molt dinàmics, i conclou que l'impacte diferencial de l'ús de SPMS en l'acompliment de la gestió és més feble en entorns dinàmics, la qual cosa està en línia amb el corrent d'estudis que assenyala els riscos de rigidesa dels SPMS. / Los procesos de toma de decisiones directivas y de gestión y medición del desempeño son centrales en la gestión estratégica. El proceso de gestión estratégica es de carácter dinámico, continúo y sistémico. Sin embargo, los factores que afectan la estabilidad estratégica pueden ser inesperados, volubles e irregulares. Esta tesis se ha centrado en cuatro objetos de análisis: los sistemas de medición de desempeño, las decisiones directivas, la incertidumbre del entorno, y el desempeño organizacional. En esta tesis se ha planteado un estudio cuantitativo para contrastar una serie de hipótesis respecto a ambas cuestiones de investigación. Estas hipótesis han sido sometidas a un contraste empírico a partir de datos recogidos en base a 179 respuestas a un cuestionario físico, aplicado a miembros del TMT (Top Management Team) de organizaciones con actividades en Ecuador y Colombia. Los resultados de la investigación sugieren que un primer aporte de esta tesis a la literatura anterior es el enfoque en la congruencia entre decisiones directivas como un atributo importante en la interrelación entre Plan Estratégico y Plan Operativo dentro del Ciclo de Gestión Estratégica (Kaplan y Norton, 2008, 2010), y sobre el que anteriormente se había prestado poca atención. En segundo lugar, la tesis contribuye a entender que una de las vías por las que los sistemas estratégicos de medición de desempeño ayudan a un mejor desempeño de gestión es a través de asegurar una mayor congruencia o sincronía entre las decisiones directivas, distinguiendo cómo los distintos tipos de congruencia afectan a distintos aspectos del desempeño de gestión. Respecto a este segundo aporte, esta tesis demuestra específicamente que, dentro del desempeño de gestión, la mayor alineación estratégica interna está asociada a la congruencia entre las decisiones estratégicas, mientras que la capacidad de cuestionamiento estratégico está asociada a la congruencia entre las decisiones de carácter operativo, y la rapidez de respuesta estratégica está asociada a la congruencia entre las decisiones de carácter estratégico y operativo. Finalmente, la tesis contribuye a la discusión recientemente abierta en la literatura sobre si los SPMS son adecuados en entornos muy dinámicos, y concluye que el impacto diferencial del uso de SPMS sobre el desempeño de gestión es más débil en entornos dinámicos, lo cual está en línea con la corriente de estudios que remarcan los riesgos de rigidez en los SPMS. / The decision-making processes, management policies and the performance measurement are central issues in the strategic management literature. The strategic management process is dynamic, continuous and systemic. However, the factors affecting strategic stability can be unexpected, volatile and erratic. This thesis has focused on four objects of analysis: performance measurement systems, management decisions, perceived environmental uncertainty and organizational performance.This thesis is a quantitative study which compares a series of hypotheses; these hypotheses have been subjected to an empirical data collected from 179 responses to a physical questionnaire, applied to members of the TMT (Top Management Team) of organizations with activities in Ecuador and Colombia.The research results suggest that a first contribution of this thesis to the literature is the focus on the congruence between management decisions as an important attribute in the interface between Strategic Plan and Operational Plan within the Strategic Management Cycle (Kaplan and Norton, 2008 , 2010), which previously has received little attention. Secondly, the research contributes to understand that one of the ways in which strategic performance measurement systems helps management to achieve better performance is through ensuring greater consistency or synchrony between management decisions, distinguishing how different types of congruence affect different aspects of performance management. Regarding this second contribution, this thesis shows specifically that, within performance management, a greater internal strategic alignment is associated with the congruence between the strategic decisions, while the capacity of strategic questioning is associated with the congruence between operative decisions, and speed of strategic response is associated with the congruence between strategic and operational decisions. Finally, the thesis contributes to the recently opened discussion in the literature about if the SPMS are appropriate in highly dynamic environments, and concludes that the differential impact of the use of SPMS on performance management is weaker in dynamic environments, which is in line with current studies that highlight the risks of stiffness of the SPMS.

Dans ce projet de recherche, on s’intéresse au développement et à l’évaluation de nouvelles méthodes numériques pour les écoulements peu profonds. De nouvelles techniques de discrétisation spatiales et temporelles des équations sont proposées. Une partie de la thèse est dédiée au développement d’une méthode des volumes finis explicite d’ordre élevé et d’une famille de schémas semi-implicites qui sont efficaces pour la modélisation des processus lents et rapides dans les écoulements océaniques et atmosphériques. La deuxième partie du projet de recherche concerne la construction d’un schéma numérique efficace sans solveur de Riemann pour les écoulements peu profonds avec une topographie variable sur un maillage non structuré. Dans cette partie de la thèse, une nouvelle approche est proposée pour l'analyse de stabilité des schémas numériques non structurés pour les équations en eaux peu profondes. Dans la troisième partie de la thèse, deux schémas de volumes finis sont développés pour les lois de conservation sur des surfaces courbes qui ont un large potentiel d’être appliqués aux écoulements peu profonds sur la sphère. Dans ces cas, les schémas numériques sont développés en adoptant la démarche suivie par Stanley Osher. Cette démarche consiste à utiliser des systèmes hyperboliques simples qui génèrent des phénomènes d'ondes complexes et des solutions qui ont différentes structures. Ces solutions sont très efficaces pour tester les méthodes numériques. Dans notre cas, nous avons utilisé les équations de Burgers qui ont joué un rôle très important dans le développement des schémas numériques à capture de chocs en mécanique des fluides. Dans le premier article, une nouvelle méthode des volumes finis décentrée explicite est proposée pour le système de Saint-Venant avec un terme source qui comprend le paramètre de Coriolis en utilisant un maillage non structuré. La plupart des schémas numériques décentrés, efficaces pour les ondes rapides (ondes de gravité), conduisent à un niveau d'amortissement élevé pour les ondes lentes (ondes de Rossby). La méthode proposée donne de bons résultats à la fois pour les ondes de gravité et les ondes de Rossby. Les techniques proposées sont suffisantes pour supprimer le bruit numérique des ondes courtes sans amortissement des ondes longues, telles que les ondes de Rossby qui sont essentielles dans le transport de l’énergie dans les océans et l'atmosphère. Dans le cas où le système comprend une large gamme de fréquences des ondes, ce qui est le cas des écoulements atmosphériques, il est important d’utiliser des méthodes semi-implicites afin d’opter pour un pas de temps optimal. La méthode semi-implicite semi-lagrangienne à deux niveaux (SETTLS) proposée par Hortal (2002) a une région de stabilité absolue indépendante du nombre de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). La plupart des modèles de prévision numérique atmosphérique utilisent cette méthode comme schéma temporel. Cependant, la méthode SETTLS peut générer des oscillations pour le traitement du terme non linéaire surtout pour le cas des solutions qui ont un caractère oscillatoire. Pour remédier à ce problème, dans le deuxième article, nous avons proposé une nouvelle classe de schémas semi-implicites semi-lagrangiens potentiellement applicables aux modèles atmosphériques. Cette classe de schémas numériques présente plusieurs avantages de stabilité, de précision et de convergence. De bons résultats sont obtenus en comparaison à d'autres schémas semi-implicites semi-lagrangiens et méthodes semi-implicites de type prédicteur-correcteur. Dans le troisième article, un nouveau schéma équilibre partiellement centré est développé pour la résolution numérique des équations de Saint-Venant avec une topographie variable sur un maillage non structuré. Cette méthode est stable et simple puisqu'elle ne fait pas appel à la résolution du problème de Riemann. La méthode proposée est précise pour le cas des solutions discontinues et peut être appliquée aux écoulements peu profonds avec une topographie variable et une géométrie complexe où l'utilisation des maillages non structurés est avantageuse. Motivé par de nombreuses applications en dynamique des fluides, dans le projet de thèse on s’intéresse également au développement de méthodes numériques dans le cas des surfaces courbes. L'objectif est de concevoir des méthodes numériques robustes et efficaces pour le cas des solutions discontinues et qui préservent la structure fondamentale des équations, notamment les propriétés liées à la géométrie. Pour développer ces méthodes, l'approche suivie par Stanley Osher est adoptée et les équations de Burgers sont utilisées vu leur importance pour le développement des schémas numériques à capture de chocs. Dans le quatrième article, une méthode des volumes finis satisfaisant la compatibilité géométrique est développée pour les lois de conservation sur la sphère. Cette méthode est basée sur la résolution du problème de Riemann généralisé et l'approche du «splitting» directionnel en latitude et en longitude sur la sphère. Les dimensions géométriques sont considérées de manière analytique et la forme discrète du schéma numérique proposé respecte la propriété de compatibilité géométrique. La méthode proposée est stable et précise pour le cas des solutions discontinues de grands chocs et amplitudes en comparaison avec des schémas numériques très connus. Une nouvelle classification des flux est proposée en introduisant les notions de flux feuilletés et de flux génériques. Le comportement asymptotique des solutions est étudié en fonction de la nature du flux et les propriétés des solutions discontinues sont analysées. Les résultats démontrent la capacité et le potentiel de la méthode proposée pour la résolution des lois de conservation sur la sphère dans le cas des solutions discontinues. Ce schéma numérique pourrait être étendu au cas des équations de Saint-Venant sur la sphère. Dans le cinquième article, on propose un schéma numérique efficace respectant la propriété de compatibilité géométrique pour les lois de conservation sur la sphère. La méthode proposée présente plusieurs avantages, notamment de bons résultats dans le cas des solutions discontinues avec des chocs d’amplitudes moyennes, une faible dissipation numérique et une simplicité puisqu'elle ne fait pas appel à la résolution du problème de Riemann. Cette méthode pourrait être étendue au cas des équations de Saint-Venant sur la sphère. Dans le sixième article, une nouvelle approche est proposée pour analyser la stabilité des schémas numériques appliqués aux écoulements peu profonds. Cette méthode utilise la notion du pseudo spectre des matrices. La méthode proposée est efficace en comparaison avec les méthodes couramment utilisées telles que la stabilité asymptotique et la stabilité de Lax-Richtmyer. Cette approche est utile pour le choix du type de maillage, des emplacements appropriés des variables primitives (hauteur et vitesses), et de la méthode de discrétisation la plus stable.

Le vent joue un rôle clé dans la structure et le fonctionnement des lacs. Le brassage de la colonne d’eau est notamment impliqué dans la compétition entre les différentes espèces de phytoplancton dont les stratégies de positionnement vertical varient largement entre groupes. Par exemple, les cyanobactéries sont globalement favorisées par des conditions de brassage faible grâce à des mécanismes physiologiques de flottaison leur permettant de se maintenir à une profondeur désirée, alors que les diatomées et les algues vertes qui n’ont pas de système de flottaison dépendent d’un brassage important pour être suspendues dans la zone euphotique. Dans les lacs peu profonds, le brassage généré par le vent est généralement suffisant pour entrainer la resuspension des sédiments. Ceci a pour conséquence directe une augmentation de la turbidité qui peut directement impacter la croissance et la productivité algale. La seconde conséquence est la libération de phosphore précédemment stocké dans les sédiments. La pollution et l’usage d’engrais ont provoqué un important import de phosphore dans les lacs qui sont pour la plupart dans un état d’eutrophisation. Dans un premier temps, cette thèse a eu pour objectif de modéliser la compétition entre une cyanobactérie et une algue verte dans une colonne d’eau de lac peu profond prenant en compte la possibilité de resuspension des sédiments et de phosphore. Différents niveaux de brassage ont été testés : de quasi-stagnant à tempête. Des centaines de simulation ont été réalisées dans différentes conditions de brassage, d’eutrophisation (de oligo- à hypereutrophe) et de réchauffement climatique (actuel et +2°C) permettant d’établir des domaines de conditions de dominance d’une espèce ou de l’autre. Dans une seconde partie, la thèse a eu pour objectif d’explorer les impacts potentiels du brassage sur l’ensemble du réseau trophique pélagique. En effet, la grande majorité des études portant sur le brassage sont des études in situ focalisées sur le phytoplancton. Dans le cas présent, nous avons utilisé des mésocosmes de 15m3 équipés de batteurs à vagues dont les amplitudes, fréquences et longueurs d’ondes sont modifiables. Une première expérience en 2012 a eu pour objet de suivre durant 9 semaines la dynamique des variables physico-chimiques standards et des communautés de phytoplancton, zooplancton, bactéries et virus dans deux modalités de brassage : brassage superficiel et brassage de l’ensemble de la colonne d’eau avec resuspension des sédiments. L’année suivante, la même expérience a été conduite mais cette fois-ci couplée à un traitement de réchauffement appliqué grâce à des bâches de polyéthylène transparentes posées sur les mésocosmes. Ces deux expériences montrent un effet important du brassage sur le phytoplancton avec une augmentation du contenu en chlorophyll a et une augmentation de la productivité. Au niveau du zooplancton, la réponse dépend du sous-groupe. Dans nos expériences, uniquement les copépodes ont répondu négativement au régime de brassage avec un potentiel effet cascade sur la population de rotifers. L’expérience de 2012 suggère également un renforcement de l’activité de lyse bactérienne par les virus dans des conditions de brassage important. En 2013, aucun effet du réchauffement de l’eau de 1°C n’a été observé sur les variables mesurées. Des analyses supplémentaires en cours devraient permettre de compléter les informations obtenues et de vérifier l’absence d’effet du réchauffement. / The wind plays a key role in the structure and functioning of lakes. Water column mixing is involved in the competition between different species of phytoplankton with different vertical positioning strategies. For example, buoyant cyanobacteria are generally favored by low mixing conditions, while sinking diatoms and green algae depend on mixing to be suspended in the photic zone. In addition, in shallow lakes, wind-induced mixing is usually sufficient to cause sediment resuspension. This leads to an increase in turbidity which can directly impact the algal growth and productivity. Resuspension can also induce the release of phosphorus previously stored in sediments. This internal loading via resuspension can boost algal production and growth. The first goal of this thesis was to model the competition between the buoyant cyanobacterium Microcystis aeruginosa and a sinking green algae under different mixing conditions: from quasi-stagnant to storm-like events. Hundreds of simulations were carried out in different conditions of mixing, phosphorus concentration and water temperatures in order to establish the conditions necessary for the dominance of one species on the other. In the second part of this thesis, we explored the potential impacts of mixing on the pelagic food web. The vast majority of previous studies on mixing in shallow lakes are in situ studies focused on phytoplankton. In the summer 2012, we used 15m3 mesocosms equipped with wave-makers and followed during nine weeks the dynamics of physical and chemical variables and the dynamic of phytoplankton, zooplankton, bacteria and viruses under two mixing conditions: whole column mixing with sediment resuspension and superficial mixing without resuspension. The following year, the same experiment was conducted but this time crossed with a warming treatment. Both experiments gave similar results in regards to mixing. We observed a significant effect of mixing on phytoplankton with an increase in chlorophyll content and an increase in productivity. The response of zooplankton to mixing depended on the subgroup. In our experiments, only copepods responded negatively to mixing with a potential cascade effect on the rotifer population while bosminas remained unaffected throughout the experiments. The 2012 experience also suggests an increase in bacterial lysis activity by virus in mixed enclosures. In 2013, no effect of water warming (+1°C) was observed on the measured variables, however, additional analysis are still underway to confirm or infirm these results.

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Ce travail de thèse est dédié à l'étude d'un type de convection peu profonde sur la région des Cévennes. Cette convection peu profonde est associée à des précipitations organisées en bandes et localisées sur le relief. Bien que d'intensité faible, ces précipitations peuvent avoir un impact en hydrologie car elles durent longtemps. Nous souhaitons, d'une part comprendre les processus associés à ces précipitations, et d'autre part évaluer leur contribution au régime pluviométrique de la région. Pour ce faire, la première étape consiste en l'élaboration d'une classe de temps composés de tels évènements, car à ce jour, seulement 20h de précipitations orographiques organisées en bandes ont été observées. Cette classe de temps est construite à partir de critères dynamiques et pluviométriques puis complétée par l'utilisation de méthodes statistiques linéaire et non linéaire. Une fois la classe de temps élaborée, les conditions atmosphériques favorables au déclenchement de la convection peu profonde organisée en bandes sont étudiées à partir des radiosondages, des réanalyses ERA40 et de simulations numériques avec MesoNH. L'élaboration de cette classe de temps permet également d'évaluer la contribution de ces pluies au régime pluviométrique en rapportant le cumul des précipitations réanalysées pour les jours extraits à l'ensemble des précipitations observées entre 1976 et 2005. Malgré les incertitudes, cette contribution n'est pas négligeable. Ceci suggère l'intérêt de développer un réseau d'observation permettant de mieux appréhender ces évènements.