La modélisation de dispositifs tels que les tubes à décharge ou les diodes à vide soumises à un potentiel harmonique repose sur les équations de Vlasov-Maxwell ou de Vlasov-Poisson en régime périodique. Des résultats dans le cas périodique semblent inexistants. D'autre part, ces régimes sont très difficilement atteints lors de simulations numériques. Le but de ce travail a été d'étudier théoriquement et numériquement les régimes périodiques en transport de particules chargées soumises au champ électro-magnétique. Dans un premiers temps nous présenterons les équations de Maxwell sous forme conservative ainsi que le caractère hyperbolique de ce système. Le deuxième chapitre traite de l'approximation numérique utilisée pour la résolution du système de Maxwell. Il s'agit d'un schéma explicite de type volumes finis centrés aux noeuds. Après une étude de stabilité du schéma de discrétisation en espace (le beta-gama schéma), nous nous sommes intéressés au couplage des équations de Vlasov et de Maxwell. Nous montrons des résultats d'existence et d'unicité pour la solution faible périodique dans une ou plusieurs dimensions de l'espace. Ensuite nous avons proposé une nouvel méthode (MAL) pour la résolution numérique des équations différentielles avec des termes source périodiques afin d'accélérer la convergence vers les régimes périodiques. Après une partie consacré à une étude théorique sur un modèle simplifié ID, cette méthode a été étendue au système de Vlasov-Maxwell. Nous montrons l'efficacité d'une telle méthode à travers les nombreux cas test présentés.

Nous nous intéressons aux méthodes permettant d'approcher les solutions de systèmes d'équations aux dérivées partielles conservatives. Dans les cas où l'écoulement est très<br />complexe - lorsqu'il y a plusieurs modèles physiques à calculer sur des zones difficiles à délimiter, on utilise des méthodes de couplage par recouvrement de domaine. <br />Nous présentons ici un algorithme, nouveau et performant, calculé grâce à une superposition de deux maillages correspondant à deux schémas différents. On utilise des projections conservatives de la solution d'un maillage vers l'autre.<br />Cette méthode de décomposition de domaine ne fait<br />pas intervenir de conditions aux limites artificielles. Elle est basée sur une régularisation de la fonction de Heaviside sur la zone de couplage. Elle est parfaitement conservative et donc bien indiquée pour l'étude des lois de conservation. <br />L'analyse mathématique est réalisée pour les problèmes hyperboliques, dans le cas scalaire multidimensionnel. Elle est basée sur le convergence des schémas volumes finis. Tout d'abord, on obtient la convergence de la solution mesure grâce aux travaux de Diperna, puis on estime l'erreur de convergence en $h^(^1/_4)$. Une nouvelle estimation de type $H^1$ faible permet d'estimer les erreurs induites par le couplage.<br />De nombreuses applications numériques en mécanique des fluides avec les tubes à chocs et de détente montrent que la méthode est très stable et conservative. Nous utilisons aussi la méthode sans grille appelée Smooth Particule Hydrodynamics - plus précisément sa nouvelle variante renormalisée - pour calculer la création d'un jet en couplant la méthode volumes finis à la méthode SPH. On montre ainsi la robustesse de l'algorithme de couplage et sa souplesse pour le calcul des écoulement complexes. <br />Cette étude à fait l'objet d'une collaboration avec l'équipe du Pr. D. Kröner de l'Institut des Mathématiques Appliquées à l'Université de Frieburg (Allemagne).

Cette thèse présente la caractérisation géochimique du matérielle particulaire de l'air respirable (PM10 et PM2.5) du Santiago du Chili. L'objective principal de l'étude, est l'identification des sources polluantes à travers des traçages d'éléments chimiques afin d'identifier leur origine et les processus de génération principaux. Ceci passe par l'analyse des concentrations en éléments majeurs et traces, leurs variations entre sites, saisonnières et interannuelles. Il s'agit d'un pré-requis pour aborder l'impact de ces polluants en terme de santé publique, et fournir des outils pour faire évoluer les politiques publiques. Ce présent travail, a permis aussi, de quantifier les niveaux et variations des concentrations en éléments chimiques potentiellement toxiques qui peuvent impacter sur le taux de mortalité liées à pathologies cardiaques ou respiratoires.

Les chutes des personnes âgées à domicile présentent un problème important à cause de leur fréquence et de leurs conséquences médicales, psychologiques et économiques. Pour cela, l'idée d'une prévention des chutes s'avère nécessaire pour réduire leur nombre et leurs conséquences indésirables. Cette idée constitue la motivation principale des projets ANR PARAChute et Predica dont le but est de détecter une dérive vers la chute chez les personnes âgées à domicile. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de ce projet et a comme objectif de concevoir un système d'analyse de la marche qui devrait s'intégrer dans la méthode à proposer pour évaluer un risque de chute chez la personne âgée. Une étude des approches déjà adoptées pour évaluer l'équilibre dynamique d'une personne nous a permis d'identifier un certain nombre de paramètres et de tests validés comme étant pertinents pour la détection d'un risque de chute. Or, ces approches s'appuient sur des tests cliniques effectués par les gériatres ou sur l'utilisation de capteurs portables encombrants d'où la nécessité de développer un nouvel outil autonome et non encombrant pour extraire ces paramètres. Notre solution a été de concevoir un système de suivi 3D complet du mouvement humain, capable de nous fournir les positions de quelques points clé du corps durant la marche et à partir desquelles nous pouvons évaluer les paramètres recherchés. Le système de suivi développé utilise des images vidéo obtenues à l'aide d'un caméscope numérique grand public et ne nécessite pas l'intervention d'un opérateur ou l'usage de marqueurs portables. N'utilisant aucun modèle temporel de marche notre méthode est générique et simple. Elle est fondée sur un modèle 3D virtuel humanoïde et sur un nouvel algorithme de filtrage particulaire que nous avons développé dans le but d'estimer la configuration la plus probable de ce modèle vis à vis de l'image vidéo du corps réel. En raison de la nature non gaussienne et multimodale des densités de probabilité impliquées, l'usage d'une approche particulaire était nécessaire. L'algorithme développé, appelé 'Interval Particle Filtering' (IPF), réorganise l'espace de recherche des configurations probables du modèle virtuel d'une façon déterministe, efficace et optimisée. Dans le but de réduire la complexité de cet algorithme, une version factorisée utilisant les réseaux bayésiens dynamiques a été ensuite proposée. Cette version améliorée profite de la Rapport de thèse de Jamal Saboune 1 Résumé modélisation de la marche en une chaîne cinématique pour factoriser la construction du vecteur d'état et la fonction d'observation. En terme de reconstruction 3D, les résultats obtenus à l'aide de notre système de suivi sont assez satisfaisants. La comparaison des valeurs des paramètres recherchés, calculées à partir des positions 3D fournies par un système de référence et par l'algorithme (IPF), montre une erreur moyenne de mesure de 5%. Une étude du suivi longitudinal chez les personnes âgées sera alors nécessaire pour choisir les paramètres qui permettent de déceler une évolution vers un risque de chute chez les personnes âgées.

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen CommRob impliquant des partenaires académiques et industriels. Le but du projet est la conception d'un robot compagnon évoluant en milieu structuré, dynamique et fortement encombré par la présence d'autres agents partageant l'espace (autres robots, humains). Dans ce cadre, notre contribution porte plus spécifiquement sur la perception multimodale des usagers du robot (utilisateur et passants). La perception multimodale porte sur le développement et l'intégration de fonctions perceptuelles pour la détection, l'identification de personnes et l'analyse spatio-temporelle de leurs déplacements afin de communiquer avec le robot. La détection proximale des usagers du robot s'appuie sur une perception multimodale couplant des données hétérogènes issues de différents capteurs. Les humains détectés puis reconnus sont alors suivis dans le flot vidéo délivré par une caméra embarquée afin d'en interpréter leurs déplacements. Une première contribution réside dans la mise en place de fonctions de détection et d'identification de personnes depuis un robot mobile. Une deuxième contribution concerne l'analyse spatio-temporelle de ces percepts pour le suivi de l'utilisateur dans un premier temps, de l'ensemble des personnes situées aux alentours du robot dans un deuxième temps. Enfin, dans le sens des exigences de la robotique, la thèse comporte deux volets : un volet formel et algorithmique qui tire pertinence et validation d'un fort volet expérimental et intégratif. Ces développements s'appuient sur notre plateforme Rackham et celle mise en oeuvre durant le projet CommRob.

Dans ce travail, nous nous intéressons à des modèles cinétiques décrivant un aérosol constitué de particules solides dans un gaz raréfié. Ces modèles sont constitués d'un couplage de deux Équations aux Dérivées Partielles décrivant l'évolution spatio-temporelle des distributions en molécules de gaz et en particules de poussière. Le modèle présenté dans la première partie de ce travail est constitué d'un couplage de deux équations de type Boltzmann, dans lequel l'interaction entre les molécules de gaz et les particules de poussière est décrite par deux opérateurs de collision. Nous proposons deux modélisations de ces opérateurs. Dans la première, les collisions entre particules et molécules sont supposées élastiques. Dans la seconde, nous modélisons ces collisions par un mécanisme inélastique de réflexion diffuse sur la surface des particules. Nous établissons alors des opérateurs de collision d'expressions non classiques. D'un point de vue mathématique, nous montrons que le couplage homogène en espace muni des opérateurs de collision élastiques possède des solutions faibles préservant la masse et l'énergie, et vérifiant une inégalité d'entropie. Nous proposons ensuite une mise en oeuvre numérique du modèle dit de réflexion diffuse, basé sur un code de type Direct Simulation Monte Carlo. Celle-ci met en évidence un coût de simulation de l'opérateur particules-molécules trop élevé lorsque les particules ont un rayon trop grand. Nous introduisons alors dans la deuxième partie de ce travail un modèle constitué d'un couplage (par l'intermédiaire d'une force de traînée) entre une équation de Vlasov et une équation de Boltzmann. Pour cela, nous effectuons un adimensionnement du premier système, suivi d'un développement asymptotique de l'opérateur de collision particules-molécules adimensionné en fonction du rapport de masse entre une molécule et une particule de poussière. Nous justifions ensuite rigoureusement ce développement asymptotique dans le cas homogène en espace et pour le modèle de collisions élastiques en prouvant que les solutions du couplage Boltzmann/Boltzmann convergent faiblement vers des solutions du couplage asymptotique Vlasov/Boltzmann. Nous établissons pour cela une nouvelle variante de l'inégalité de Povzner, adaptée au cas de particules de masses très différentes. Par ailleurs, nous comparons numériquement les systèmes Boltzmann/Boltzmann et Vlasov/Boltzmann pour le modèle dit de réflexion diffuse. La mise en oeuvre numérique du système Vlasov/Boltzmann est réalisée par couplage entre une méthode de type Particle-In-Cell et une méthode Monte-Carlo. Enfin, nous présentons l'application de ces modèles à la simulation numérique de la mobilisation et du transport de particules de poussière au début d'un accident de perte de vide, dans le cadre d'étude de sûreté pour le réacteur ITER

This doctoral research was realized within the frame of the SMARTNET Project which aimed at developing coatings to improve the cleanability of stainless steel, targeting open surface applications. Throughout this thesis, the radial-flow cell was selected to study the removal of different soils due to its ability to generate well-controlled wall shear stress distributions on the investigated surfaces. Model surfaces were selected for their different physico-chemical and mechanical properties to study the interactions between the soils and the surfaces in detail. A thin layer chromatography sprayer giving a narrower and more reproducible droplet sizes distribution was preferred to mimic splashing and produce controlled spatters. The first experimental campaign involving oil droplets showed that the analytical models available to relate the detachment radius with the critical wall shear stress (minimal wall shear stress required for soil detachment) and the soil adhesion strength in the radial flow cell could only be applied for weakly adherent soils for which removal occurs below 3 Pa, due to the complex hydrodynamics near the inlet. Consequently, the flow inside the radial-flow cell has been characterized using computational fluid dynamics over the whole inlet laminar regime and validated experimentally. Studying the adherence of starch granule aggregates in the radial-flow cell revealed that the conversion of critical radius into critical wall shear stress may be biased when the adhering aggregate height is not negligible with respect to the channel height and when the adherence is such that flow rates above creeping flow conditions are required for soil detachment. The influence of several environmental factors and substrate properties was then examined to improve the understanding of the mechanisms affecting soiling and cleanability. By influencing droplet spreading and competition between capillary forces at the granule-substrate and granule-granule interfaces, substrate wettability affects the shape and compactness of the adhering aggregates, the efficiency of shear forces upon cleaning, and finally the adherence of soiling particles. Macromolecules originating from the starch granules suspension are adsorbed on the substrate from the liquid phase or carried by the retracting film and accumulated at the granule-substrate interface. They influence granule adherence by acting as an adhesive joint, the properties of which seem to be influenced by the detailed history of drying and exposure to humidity. On compliant substrates, the aggregate-substrate interactions induce stresses at the granule-substrate interface which may lead to substrate deformation and promote a more intimate contact between the granules and their substrate, thereby appreciably increasing adherence.

La résolution satisfaisante d'un problème d'optimisation difficile, qui comporte un grand nombre de solutions sous-optimales, justifie souvent le recours à une métaheuristique puissante. La majorité des algorithmes utilisés pour résoudre ces problèmes d'optimisation sont les métaheuristiques à population. Parmi celles-ci, nous intéressons à l'Optimisation par Essaim Particulaire (OEP, ou PSO en anglais) qui est apparue en 1995. PSO s'inspire de la dynamique d'animaux se déplaçant en groupes compacts (essaims d'abeilles, vols groupés d'oiseaux, bancs de poissons). Les particules d'un même essaim communiquent entre elles tout au long de la recherche pour construire une solution au problème posé, et ce en s'appuyant sur leur expérience collective. L'algorithme PSO, qui est simple à comprendre, à programmer et à utiliser, se révèle particulièrement efficace pour les problèmes d'optimisation à variables continues. Cependant, comme toutes les métaheuristiques, PSO possède des inconvénients, qui rebutent encore certains utilisateurs. Le problème de convergence prématurée, qui peut conduire les algorithmes de ce type à stagner dans un optimum local, est un de ces inconvénients. L'objectif de cette thèse est de proposer des mécanismes, incorporables à PSO, qui permettent de remédier à cet inconvénient et d'améliorer les performances et l'efficacité de PSO. Nous proposons dans cette thèse deux algorithmes, nommés PSO-2S et DEPSO-2S, pour remédier au problème de la convergence prématurée. Ces algorithmes utilisent des idées innovantes et se caractérisent par de nouvelles stratégies d'initialisation dans plusieurs zones, afin d'assurer une bonne couverture de l'espace de recherche par les particules. Toujours dans le cadre de l'amélioration de PSO, nous avons élaboré une nouvelle topologie de voisinage, nommée Dcluster, qui organise le réseau de communication entre les particules. Les résultats obtenus sur un jeu de fonctions de test montrent l'efficacité des stratégies mises en oeuvre par les différents algorithmes proposés. Enfin, PSO-2S est appliqué à des problèmes pratiques, en segmentation d'images et en électronique

Les vecteurs nanoparticulaires comme systèmes de relargage contrôlé pour des applications vaccinales font l'objet d'intenses recherches, notamment dans le domaine du VIH1. Une approche novatrice consiste à co-administrer des molécules immuno-stimulatrices avec les antigènes d'intérêt, afin d'amplifier le recrutement et l'activation des cellules dendritiques (DCs). Un tel vecteur vaccinal stimulerait l'intensité de la réponse immunitaire et une immunité au niveau des muqueuses vaginales et anales pourrait être obtenue après vaccination. Des nanoparticules de poly(acide lactique) (NP-PLA) ou de chitosane/sulfate de dextrane (NP-CSD) ont été utilisées comme véhicules et adjuvants de protéines du VIH1, gp140 et p24. Le poly(I:C), ligand de TLR3 est la molécule immuno-stimulatrice retenue pour ses propriétés adjuvantes. Les NP-PLA et NP-CSD présentent un potentiel équivalent pour l'adsorption de protéines. Par contre, si les NP-CSD permettent l'adsorption du poly(I:C) (95%), elle est moins reproductible sur les NP-PLA. Pour chaque formulation, la capacité à induire in vitro la maturation des DCs a été évaluée en suivant les marqueurs CD25, CD80, CD83, par cytométrie en flux. L'adsorption de poly(I:C) sur les NP-PLA ou les NP-CSD amplifie les capacités de maturation de ces nanoparticules, un effet synergique étant observé avec les NP-CSD. Nos travaux montrent que la co-adsorption d'un TLR ligand, avec des antigènes protéiques du VIH sur des nanoparticules biodégradables, est possible et confère à la formulation vaccinale un effet immuno-stimulant in vitro. In vivo, les formulations vaccinales contenant du poly(I:C) induisent de très forts taux d'anticorps sériques chez la souris.

La stabilité structurale du sol peut être utilisée pour estimer l'érodibilité du sol, paramètre clef des modèles d'érosion. Afin d'améliorer les connaissances sur les facteurs et processus contrôlant la stabilité structurale, cette thèse avait pour objectif d'étudier la variabilité de la stabilité structurale à pas de temps court (quelques jours) ainsi que les processus physico-chimiques qui en sont à l'origine. Des études de terrain ont permis de caractériser une dynamique rapide de la stabilité structurale pour un sol donné avec notamment : des différences importantes entre surface et sub-surface ; une forte variabilité selon la localisation du site (mais une faible variabilité pour un même site) ; et une forte variabilité à pas de temps court liée à la teneur en eau du sol. Les variations de stabilité structurale à pas de temps court apparaissent majoritairement contrôlées par des processus physico-chimiques fortement liés aux cycles d'humidité. Une synthèse bibliographique a montré que l'occurrence de certains de ces processus nécessitait d'être vérifiée, notamment pour le réarrangement particulaire. Des expérimentations en laboratoire ont montré que la structure interne des agrégats était affectée pas les cycles d'humidité à l'échelle millimétrique comme micrométrique. Cependant, les réarrangements de particules observés n'ont pas pu être strictement reliés aux variations de stabilité structurale. Les résultats de ces expérimentations confirment le suivi de terrain : la teneur en eau du sol a un rôle majeur dans les variations de stabilité structurale à pas de temps court. Dans la plupart des cas, les différences de stabilité mesurées correspondaient à des érodibilité du sol contrastées. Les modèles d'érosion devraient donc inclure cette variabilité pour améliorer leurs prédictions.