Le nématode phytoparasite Radopholus similis est un ravageur majeur des bananiers et plantains dans le monde. Introduit à partir du XVIe siècle en Afrique et Amérique, ce nématode occasionne des pertes importantes dans les bananeraies traditionnelles. La mise au point de nouvelles méthodes culturales a permis de réduire son impact ; mais des connaissances supplémentaires sont requises pour comprendre sa persistance et prévenir sa dispersion. Considérée jusqu'alors comme marginale, la phase sol de R. similis avait été peu étudiée car les populations de R. similis sont faiblement concentrées dans le sol (environ 1/1 000e de celle des racines). Pourtant, le volume du sol exploré par les racines de bananier représente 100 à 300 fois le volume de ces racines ; la phase sol concerne 30 à 50 % des effectifs de R. similis. Après avoir considéré les caractéristiques des sols volcaniques antillais, et notamment les classes de capillaires susceptibles d'héberger R. similis (capillaires de 20 à 300 µm de diamètre), nous avons évalué les différentes méthodes d'extraction des nématodes : filtration Baermann, élutriation, centrifugation-flottaison, aspersion, macération dans l'eau oxygénée. Les rendements à l'extraction de chaque méthode, leurs avantages et inconvénients ont été discutés. Ce travail a été complété par l'évaluation d'une méthode de coloration vitale qui permet de discriminer les nématodes morts et vivants. L'aptitude à la survie de R. similis dans le sol a ensuite été évaluée. Pour cela, nous avons déposé des suspensions de nématodes dans des piluliers remplis de sol de natures et de potentiels matriciels variables, mais toujours sans ressource alimentaire. Ces piluliers ont ensuite été conservés jusqu'à 180 jours dans des conditions de température optimale pour R. similis. Les durées de survie mesurées ont ainsi été légèrement supérieures à celles que l'on trouve habituellement dans la bibliographie : si on exclut les sols saturés en eau, il restait au bout de six mois de 1,7 à 9,3 % de la population apportée dans le nitisol et de 9,5 à 11,9 % dans l'andosol. Pour les adultes, les courbes de décroissances de population de R. similis pouvaient généralement être ajustées à l'aide des modèles de décroissance exponentielle ou de Teissier. Ces courbes dépendaient de la nature du sol, du potentiel hydrique et du sexe. Nous avons ainsi observé que les mâles avaient une capacité de résistance surprenante ; dans le nitisol, les taux de survie ont été en moyenne proches du double de ceux des femelles. Cette capacité de survie des mâles serait liée à une moindre dépense énergétique journalière que chez les femelles : les mâles, dont le système digestif est atrophié, ne chercheraient pas activement leur nourriture et ne perdraient pas de réserves lors du développement des œufs. Par ailleurs, dans les sols stérilisés, la survie était optimale quand les sols étaient proches de la capacité au champ ; dans les sols non perturbés, elle était optimale dans les sols les plus secs. Ces résultats contradictoires pourraient s'expliquer par les interactions avec les autres organismes du sol qui, en diminuant la capacité de survie, pourraient avoir un rôle antagoniste. Une étude complémentaire a été réalisée dans des tubes remplis d'eau ou de solutions de sol, extraites d'un nitisol par centrifugation. Au bout de 35 jours, il restait 7 à 8 % des populations initiales de R. similis, et ce, pour les deux sexes. Cette espèce peut donc subsister assez longtemps dans des eaux qui circulent pour être disséminée par ruissellement. Nous avons donc étudié la dissémination de R. similis par les flux d'eau ; en surface à l'aide de simulateur de pluie, en profondeur à l'aide de cylindres de sol sur lesquels nous avons simulé des pluies allant jusqu'à 3,7 fois le volume poral du cylindre (pluie de 540 mm). Ces études ont été complétées par un dispositif au champ qui a permis de cartographier les recontaminations dans des parcelles isolées ou non hydrologiquement par des fossés. La dissémination passive a été très faible dans le sol et n'a concerné qu'une fraction marginale des populations. Il semble que R. similis ait adapté ses comportements pour résister à l'entraînement par les eaux (plasticité réflexe ?). En surface, les simulations de pluie ont montré que la dissémination par les eaux nécessitait des conditions bien particulières : sols proches de la saturation en eau, racines ou bulbes arrachés à la surface du sol. Néanmoins, la dissémination passive existe, essentiellement en surface ; elle s'apparente à un phénomène restreint aux évènements "catastrophe" à l'échelle du nématode : destruction de son milieu de vie par les intempéries accompagnées d'épisodes de ruissellement important. Elle est suffisante pour entraîner la recontamination d'une parcelle en moins de deux ans. L'ensemble de ces travaux a montré que le comportement de R. similis est un facteur essentiel pour comprendre sa survie et sa dispersion. Sa biologie lui permet de bien s'adapter aux cultures pérennes à multiplication végétative, comme le bananier. Lorsque ces dernières sont cultivées en monoculture, les dégâts peuvent être considérables.

Les marches aléatoires en milieux aléatoires constituent un modèle permettant de décrire des phénomènes de diffusion en milieux inhomogènes, possédant des propriétés de régularité à grande échelle. La thèse comportent 6 chapitres. Les trois premiers sont introductifs : le chapitre 1 est une courte introduction générale, le chapitre 2 donne une présentation des modèles considérés par la suite et le chapitre 3 un bref aperçu des résultats obtenus. Les preuves sont renvoyées aux chapitres 4, 5 et 6. Le contenu du chapitre 4 porte sur les théorèmes limites pour une marche aléatoire avec biais sur un arbre de Galton-Watson avec des feuilles dans un régime transient sous-balistique. Le chapitre 5 porte sur le comportement de la vitesse d'une marche aléatoire avec biais sur un amas de percolation quand le paramètre de percolation se rapproche de 1. Un développement asymptotique de la vitesse en fonction du paramètre de percolation est obtenu. On en déduit que la vitesse est croissante en $p=1$. Finalement le chapitre 6 porte sur des estimées de déviations modérées pour une marche aléatoire en milieu aléatoire unidimensionnel.

L'accès aux profils hydriques de sol est essentiel en agronomie et en hydrologie pour connaître l'état de la réserve en eau utilisable par les plantes et les transferts hydriques dans la zone non-saturée. Les techniques de mesures sont aujourd'hui encore très lourdes en main d'oeuvre et peu pratiques. Nous développons une méthode permettant de calculer le profil hydrique a partir de la courbe de signal réfléchi enregistrée par réflectométrie dans le domaine temporel (tdr) le long de guides d'onde (en général deux tiges métalliques parallèles pouvant mesurer jusqu'a 1 m) enfoncées dans le sol depuis la surface. Nous modélisons dans un premier temps la propagation mono dimensionnelle du signal émis par le réflectomètre dans un milieu stratifie donne, de caractéristiques diélectriques supposées stationnaires et lentement variables le long des guides. Nous aboutissons à un modèle temporel discret de calcul de courbes de signal réfléchi a partir d'un profil hydrique donne. Ce modèle simule remarquablement bien les résultats en milieux contrôlés de notre réflectomètre. Notre objectif étant inverse, nous avons explore deux voies pour l'atteindre : l'inversion du modèle de simulation, basée sur un algorithme de layer-peeling, et l'identification du profil via l'optimisation des paramètres d'entrée du modèle de simulation par algorithme génétique. Ces deux solutions donnent des résultats très satisfaisants en milieux contrôlés malgré les défauts du matériel de mesure mis en évidence. la seconde est plus lourde en temps de calcul mais permet de tenir compte d'un amortissement du signal que nous avons introduit dans le modèle de simulation. La première se révèle cependant presque aussi précise en milieu réel que les mesures d'humidité directes a différentes profondeurs par guides d'onde courts enterres et permet d'effectuer des bilans et des suivis de profils hydriques remarquablement fiable.

La morphologie de la surface du sol conditionne le ruissellement et réciproquement. Cette étude a été menée dans le but de mieux comprendre les mécanismes de contrôle et leurs interactions. Elle s'est focalisée sur le ruissellement diffus de type inter-rigoles. Ce travail s'appuie sur un modèle numérique basé sur la technique des marcheurs conditionnés. La dynamique du stockage de l'eau en surface est finement analysée en termes de genèse et de propagation du ruissellement. Nous montrons que la propagation du ruissellement, considérée comme un développement de connexions entre dépressions, peut être assimilée à un processus de percolation. Une relation formelle entre la taille du système et la dynamique du ruissellement est proposée. Des surfaces numériquement générées permettent l'examen des dynamiques externes, à partir du calcul du coefficient de ruissellement, et internes, à partir d'un calcul de la distance de transfert. La distance de transfert est une mesure pertinente pour comprendre le comportement du système, le coefficient de ruissellement n'y suffisant pas. Les effets des différentes rugosités dépendent principalement de leurs amplitudes. La corrélation observée à courte distance ne modifie pas le développement des connexions. En étant le moteur des redistributions de particules, l'écoulement d'eau aboutit à des évolutions non triviales de la géométrie des surfaces. Ce sont les processus affectant localement la morphologie de la surface qui ont les plus fortes conséquences sur le déclenchement du ruissellement. Toutefois, les méthodes courantes ne peuvent pas mettre en évidence ce type de modifications. Essentiellement focalisée sur les transferts d'eau et de particules, la redistribution de substances dissoutes est aussi abordée.

Cette thèse porte sur deux thèmes : 1)Percolation et connexité sur les graphes géométriques aléatoires dits "type AB". 2)Comparaison stochastique directionnellement convexe de processus ponctuels et leurs propriétés de percolation et connexité. Dans le premier sujet, nous définissons un graphe biparti, dit "de type AB", sur deux processus ponctuels de Poisson indépendants. Cet graphe est une extension continue de graphe dit "type AB" sur une grille régulière. Nous montrons l'existence de percolation pour toute dimension supérieure à deux et nous établissons des bornes pour l'intensité critique. Dans le cas de dimensions deux, nous caractérisons exactement l'intensité critique. Pour le problème de connexité, nous étudions le modelé sur les processus ponctuels de Poisson indépendant dans le cube de volume un avec des intensités n et c_n pour une constante c > 0. Nous établissons des bornes asymptotiques presque sûres pour le seuil de connexité. 2) Le but du deuxième sujet de travail est de définir l'ordre directionnellement convexe de processus ponctuels est de lier cet ordre aux propriétés de regroupement des points de processus ponctuels et, dans un contexte applicatif, aux caractéristiques de la performance des réseaux de communication sans fil. La dernière partie de cette thèse porte sur la comparaison des intensités critiques de percolation pour les processus ponctuels ordonnés selon cet ordre et les applications de ces résultats de comparaison pour les réseaux sans fils. Nous concluons en montrant que les processus ponctuels inférieurs, selon cet ordre, à un processus ponctuel de Poisson ont une transition de phase non-triviale dans plusieurs modelés des percolation.

<p>This thesis is divided in three parts. In the first part, a study of materials aimed for spintronics applications is presented. More specifically, calculations of the critical temperature in diluted magnetic semiconductors (DMS) and half-metallic ferromagnets are presented using a combination of electronic structure and statistical methods. It is shown that disorder and randomness of the magnetic atoms in DMS materials play a very important role in the determination of the critical temperature.</p><p>The second part treats materials in reduced dimensions. Studies of multilayer and trilayer systems are presented. A theoretical model that incorporates interdiffusion in a multilayer is developed that gives better agreement with experimental observations. Using Monte Carlo simulations, the observed magnetic properties in the trilayer system Ni/Cu/Co at finite temperatures are qualitatively reproduced.</p><p>In the third part, electronic structure calculations of complex Mn-based compounds displaying noncollinear magnetism are presented. The calculations reproduce with high accuracy the observed magnetic properties in these compounds. Furthermore, a model based on the electronic structure of the necessary conditions for noncollinear magnetism is presented.</p>

The properties of dilute magnetic semiconductors have been studied by combined ab initio, Monte Carlo, and experimental techniques. This class of materials could be very important for future spintronic devices, that offer enriched functionality by making use of both the spin and the charge of the electrons. The main part of the thesis concerns the transition metal doped ZnO. The role of defects on the magnetic interactions in Mn-doped ZnO was investigated. In the presence of acceptor defects such as zinc vacancies and oxygen substitution by nitrogen, the magnetic interactions are ferromagnetic. For dilute concentrations of Mn (~ 5%) the ordering temperature of the system is low, due to the short ranged character of the exchange interactions and disorder effects. The clustering tendency of the Co atoms in a ZnO matrix was also studied. The electronic structure, and in turn the magnetic interactions among the Co atoms, is strongly dependent on the exchange-correlation functional used. It is found that Co impurities tend to form nanoclusters and that the interactions among these atoms are antiferromagnetic within the local spin density approximation + Hubbard U approach. The electronic structure, as well as the chemical and magnetic interactions in Co and (Co,Al)-doped ZnO, was investigated by joined experimental and theoretical techniques. For a good agreement between the two, approximations beyond the local density approximation must be used. It is found that the Co atoms prefer to cluster within the semiconducting matrix, a tendency which is increased with Al co-doping. We envision that it is best to describe the system as superparamagnetic due to the formation of  Co nanoclusters within which the interactions are antiferromagnetic. The magnetic anisotropy and evolution of magnetic domains in Fe81Ni19/Co(001) superlattices were investigated both experimentally, as well as using model spin dynamics. A magnetic reorientation transition was found.

This thesis is divided in three parts. In the first part, a study of materials aimed for spintronics applications is presented. More specifically, calculations of the critical temperature in diluted magnetic semiconductors (DMS) and half-metallic ferromagnets are presented using a combination of electronic structure and statistical methods. It is shown that disorder and randomness of the magnetic atoms in DMS materials play a very important role in the determination of the critical temperature. The second part treats materials in reduced dimensions. Studies of multilayer and trilayer systems are presented. A theoretical model that incorporates interdiffusion in a multilayer is developed that gives better agreement with experimental observations. Using Monte Carlo simulations, the observed magnetic properties in the trilayer system Ni/Cu/Co at finite temperatures are qualitatively reproduced. In the third part, electronic structure calculations of complex Mn-based compounds displaying noncollinear magnetism are presented. The calculations reproduce with high accuracy the observed magnetic properties in these compounds. Furthermore, a model based on the electronic structure of the necessary conditions for noncollinear magnetism is presented.

Multiphase flow and transport in fractured rock is of importance to many practical and engineering applications. In the field of groundwater hydrology an issue of significant environmental concern is the release of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) which can cause long-term groundwater contamination in fractured aquifers. This study deals with two fundamental processes – fluid displacement and interphase mass transfer – concerning the behavior of the multiphase contaminants in fractured media. The focus of this work has been placed on improving the current understanding of small-scale (single fracture) physics by a combined effort of numerical modeling analysis, laboratory experiments and model development. This thesis contributes to the improved understanding through several aspects. Firstly, the effect of aperture variability, as characterized by geostatistical parameters such as standard deviation and correlation length, on the DNAPL entrapment, dissolution and source-depletion behaviors in single fractures was revealed. Secondly, a novel, generalized approach (adaptive circle fitting approach) to account for the effect of in-plane curvature of fluid-fluid interfaces on immiscible fluid displacement was developed; the new approach has demonstrated good performance when applied to simulate previously published experimental data. Thirdly, the performance of a continuum-based two-phase flow model and an invasion percolation model was compared for modeling fluid displacement in a variable-aperture fracture and the dependence of fracture-scale capillary pressure – saturation relationships on aperture variability was studied. Lastly, through experimental studies and mechanistic numerical modeling of DNAPL dissolution, kinetic mass transfer characteristics of two different entrapment configurations (residual blobs and dead-end pools) were investigated. The obtained understanding from this thesis will be useful for predictive modeling of multiphase contaminant behavior at a larger (fracture network) scale. / Flerfasflöde och ämnestransport i sprickigt berg är av betydelse för många praktiska och tekniska problem. Tunga, svårlösliga organiska vätskor (engelska: dense non-aqueous phase liquids: DNAPLs; t.ex. klorerade lösningsmedel) kan orsaka långvarig förorening av vattenresurser, inklusive akviferer i sprickigt berg, och utgör ett viktigt miljöproblem inom grundvattenhydrologin. Denna studie behandlar två fundamentala processer för spridning av flerfasföroreningar i sprickiga medier – utbredning av den organiska vätskan och massöverföring mellan organisk vätska och vatten. Arbetet har fokuserat på att förbättra nuvarande kunskap om de fysikaliska processerna på liten skala (enskilda sprickor) genom en kombination av numerisk modellering, laboratorieexperiment och modellutveckling. Avhandlingen har bidragit till utökad processförståelse i flera avseenden. För det första har arbetet belyst effekterna av sprickaperturens variabilitet, uttryckt med geostatistiska parametrar som standardavvikelse och rumslig korrelationslängd, på fastläggning och lösning av organiska vätskor i enskilda sprickor, samt utmattningsbeteendet hos dessa källor till grundvattenförorening. För det andra har en ny, generell metod (adaptiva cirkelpassningsmetoden) för att ta hänsyn till effekten av krökningen av gränsytan mellan organisk vätska och vatten i sprickplanet utvecklats; denna metod har visats fungera väl i simuleringar av tidigare publicerade experimentella data. För det tredje, har en jämförelse gjorts mellan en kontinuumbaserad tvåfasflödesmodell och en invasions-perkolationsmodell med avseende på hur väl de kan simulera tvåfasflöde i en spricka med varierande apertur. Här studerades även hur relationen mellan kapillärtryck och mättnadsgrad på sprickplansskala beror av variabiliteten i sprickapertur. Till sist undersöktes lösning av den organiska vätskan i grundvatten för två fastläggningsscenarier (fastläggning i immobila droppar och ansamling i fällor – ”återvändssprickor”) både genom experiment och mekanistisk numerisk modellering. Kunskapen som tagits fram i denna avhandling bedöms vara användbar även för att modellera spridningen av flerfasföroreningar på större (spricknätverks-) skalor.

Nous calculons presque sûrement, simultanément, les dimensions de Hausdorff des ensembles de branches infinies de la frontière d'un arbre de Galton-Watson super-critique (muni d'une métrique aléatoire) le long desquelles les moyennes empiriques d'une marche aléatoire de branchement vectorielle admettent un ensemble donné de points limites. Cela va au-delà de l'analyse multifractale, question pour laquelle nous complétons les travaux antérieurs en considérant les ensembles associés à des niveaux situés dans la frontière du domaine d'étude. Nous utilisons une méthode originale dans ce contexte, consistant à construire des mesures de Mandelbrot inhomogènes appropriées. Cette méthode est inspirée de l'approche utilisée pour résoudre des questions similaires dans le contexte de la dynamique hyperboliques pour les moyennes de Birkhoff de potentiels continus. Elle exploite des idées provenant du chaos multiplicatif et de la théorie de la percolation pour estimer la dimension inférieure de Hausdorff des mesures de Mandelbrot inhomogènes. Cette méthode permet de renforcer l'analyse multifractale en raffinant les ensembles de niveaux de telle sorte qu'ils contiennent des branches infinies le long desquels on observe une version quantifiée de la loi des grands nombres d'Erdös Renyi ; de plus elle permet d'obtenir une loi de type $0-\infty$ pour les mesures de Hausdorff de ces ensembles. Nos résultats donnent naturellement des informations géométriques et de grandes déviations sur l'hétérogénéité du processus de naissance le long des différentes branches infinies de l'arbre de Galton-Watson.