La biologie synthétique est une discipline émergente consistant principalement en la modification génomique d'organismes vivants. Ces modifications complexes visent la programmation de systèmes biologiques pour accomplir des fonctions spécifiques parfois absentes dans la nature. Ce domaine se divise en plusieurs branches dont l’élaboration d’un châssis cellulaire minimal. En effet, depuis déjà plus d’une dizaine d’années, un grand intérêt est porté vers la création d’une cellule simplifiée. Le génome d’une telle cellule contiendrait seulement ce qui est nécessaire à sa survie en condition de laboratoire. Cette cellule possèderait pour principal avantage de permettre une meilleure compréhension de son fonctionnement global en plus d’éventuellement devenir un modèle d’étude pour la modification et la restructuration des génomes. Elle sera également plus fiable dans un contexte d’ingénierie métabolique puisqu’elle contiendra moins de circuits géniques, diminuant le nombre d’interactions non désirées. Une cellule minimale serait donc un sujet d’étude fascinant en plus d’être un organisme facilement reprogrammable, constituant ainsi une pierre angulaire pour le développement de la biologie synthétique. La présente étude concerne la réduction génomique de la bactérie Escherichia coli. Nous avons choisi cette dernière puisque de nombreux outils moléculaires permettant de modifier son génome sont disponibles et puisqu’une littérature très dense la concernant a été cumulée au fil des ans. Plusieurs projets de réduction ont été entamés avec cet organisme et les génomes produits ne semblent pas pouvoir atteindre moins de 3,0 Mpb sans présenter des défauts considérables de croissance. Nous avons donc sélectionné la souche simplifiée DGF298, dont le génome fait 3,0 Mpb et permet la croissance en milieu minimal, pour générer des mutants d’insertion ou de délétion et les avons suivis dans plusieurs conditions distinctes afin de déterminer si cette souche possédait encore des gènes facultatifs. Ce mémoire traite principalement des résultats obtenus dans un milieu riche et défini. Les données ainsi générées suggèrent que le génome de cette souche peut être réduit considérablement, puisque plus de 73 % de ses séquences codantes ne semblent pas être importantes en milieu riche. Une partie de ces éléments facultatifs peut cependant être impliquée pour la survie dans certaines conditions, telles qu’en présence d’une source de carbone autre que le glucose ou en absence d’oxygène. Lors de la réduction subséquente, il faudra donc déterminer le niveau d’adaptabilité désiré pour la souche.

Afin de tenir compte de l'amorçage et de la propagation des fissures en fatigue, il est nécessaire de connaître l'historique des différentes quantités mécaniques dans la zone d'amorçage. Cela nécessite une connaissance des états mécaniques cycliques stabilisés. D'un point de vue numérique, les simulations numériques d'agrégats polycristallin avec les méthodes de résolution classiques ne sont réalisées que pour quelques cycles. Ce travail présente le développement des méthodes accélérées de calcul pour réduire le temps de calcul de la méthode des Éléments Finis dans le cas des simulations d'agrégats polycristallins soumis à un chargement cyclique. La première idée est de maintenir la matrice de rigidité constante afin d'effectuer une seule factorisation. Un premier algorithme a été écrit dans ce sens avec une résolution incrémentale et non incrémentale. La deuxième proposition est d'utiliser une méthode de réduction dimensionnelle en espace/temps couplé à la méthode des éléments finis. La PGD a été choisie. Cette méthode permet de découpler les variables spatiales et temporelles et les champs de déplacement ne sont calculés que pour un certain nombre de modes. Deux possibilités d'utilisation de la méthode PGD dans le cadre de la plasticité ont été proposées. La troisième proposition consiste à utiliser la stratégie de réduction adaptative APR comme solveur afin de résoudre un modèle d'ordre réduit en termes de nombre de ddl. Une stratégie incrémentale d'amélioration de la qualité de la base pour un certain intervalle de temps choisi a été mis en place dans ce cadre. Quatre possibilités d'utilisation de la méthode APR ont été proposées. L'analyse des performances des différentes méthodes est effectuée tout d'abord sur un problème élasto-plastique classique tridimensionnel présentant un défaut sphérique, ensuite à l'échelle de la microstructure avec un calcul visco-élasto-plastique d'agrégats polycristallins tridimensionnels. Les analyses ont montré que les réponses mécaniques macroscopique et mésoscopique des méthodes de réduction de modèle sont très proches de la méthode incrémentale. Le temps des simulations a été réduit par les différentes méthodes. Les gains sont plus importants quand on augmente la taille des maillages et la non linéarité du problème. Toutefois, l'idée de garder la matrice de rigidité constante avec une résolution incrémentale a permis un gain de temps encore plus conséquent à l'échelle de la microstructure. / In order to take account of fatigue cracks initiation and growth, it is necessary to know the history of the various mechanical quantities in fatigue initiation site. This requires knowledge of the stabilized cyclic mechanical states. From a numerical approach, numerical simulation of polycrystalline aggregates with conventional resolution methods are only carried out for a few cycles. This work presents the development of accelerated numerical methods to reduce the computation time of the Finite Element method in the case of numerical simulation of polycrystalline aggregates under cyclic loading. The first idea is to keep a constant stiffness matrix during overall simulation in order to get just one single factorization to carry out. An algorithm has been proposed in this sense with an incremental and non incremental resolution. The second proposal is based on the use of a model reduction method coupled with the finite element method to solve space/time problem. The PGD has been selected. This method allows to decouple spatial and time coordinates and the displacement fields are computed for a certain number of modes. Two possibilities have been proposed to implement the PGD method in the context of plasticity. The third proposal is to use an a priori adaptative approach based on the use of APR strategy to solve a reduced order model in terms of number of degrees of freedom. An incremental adaptive strategie has been proposed in order to master the quality of the reduced-basis for a certain time steps. Four possibilities of using the APR method have been proposed. The applicability and the performance of the different methods have been first analyzed on a conventional three-dimensional elastoplastic problem with a spherical defect, then on the scale of the microstructure with numerical simulation of polycrystalline aggregates under cyclic elasto-visco-plastic loading. The analyzes have shown that the macroscopic and mesoscopic mechanical responses of the model reduction methods are very close to the incremental method. The simulation time has been reduced by the different methods. The time gains are more significant by increasing the size of the meshes and the non-linearity of the problem. Nevertheless, the idea of keeping a constant stiffness matrix with the incremental method has enabled more CPU time saving at the microstructural scale.

Soient k un corps algébriquement clos de caractéristique p > 0 et C/k une courbe projective, lisse, intègre de genre g > 1 munie d’un p-groupe d’automorphismes G tel que |G| > 2p/(p-1)g. Le couple (C,G) est appelé grosse action. Si (C,G) est une grosse action, alors |G| <=4p/(p-1)^2g^2 (*). Dans cette thèse, nous étudions les répercussions arithmétiques des propriétés géométriques de grosses actions. Nous étudions d’abord l’arithmétique de l’extension de monodromie sauvage maximale de courbes sur un corps local K d’inégale caractéristique p à corps résiduel algébriquement clos, de genre arbitrairement grand ayant pour potentielle bonne réduction une grosse action satisfaisant le cas d’égalité de (*). On étudie en particulier les conducteurs de Swan attachés à ces courbes. Nous donnons ensuite les premiers exemples, à notre connaissance, de grosses actions (C,G) telles que le groupe dérivé D(G) soit non abélien. Ces courbes sont obtenues comme revêtements de S-corps de classes de rayons de P1(Fq) pour S non vide un sous-ensemble fini de P1(Fq). Enfin, on donne une méthode de calcul des S-corps de classes de Hilbert de revêtements abéliens de la droite projective d’exposant p et supersinguliers que l’on illustre pour des courbes de Deligne-Lusztig. / Let k be an algebraically closed field of characteristic p > 0 and C/k be a projective,smooth, integral curve of genus g > 1 endowed with a p-group of automorphisms G such that |G| > 2p/(p-1)g. The pair (C,G) is called big action. If (C,G) is a big action, then |G|<=4p/(p-1)^2g^2 (*). In this thesis, one studies arithmetical repercussions of geometric properties of big actions. One studies the arithmetic of the maximal wild monodromy extension of curves over a local field K of mixed characteristic p with algebraically closed residue field, with arbitrarily high genus having for potential good reduction a big action achieving equality in (*). One studies the associated Swan conductors. Then, one gives the first examples, to our knowledge, of big actions (C,G) with non abelian derived group D(G). These curves are obtained as coverings of S-ray class fields of P1(Fq) where S is a finite non empty subset of P1(Fq). Finally, one describes a method to compute S-Hilbert class fields of supersingular abelian covers of the projective line having exponent p and one illustrates it for some Deligne-Lusztig curves.

Le crissement de frein résulte d’une instabilité vibratoire du système de freinage induite par le frottement des garnitures sur le disque. Ce phénomène se traduit par des bruits hautes fréquences, de 1kHz à 20kHz, et pouvant atteindre des niveaux de 110dB. L’objectif de cette thèse est d’enrichir la filière de simulation actuelle afin de mieux prédire ce phénomène. La taille grandissante des modèles de calcul est aujourd’hui un frein à l’utilisation de méthodes, plus complexes que la classique analyse de stabilité et coûteuses en temps de calcul. De plus, ces modèles ne rendent pas compte du comportement viscoélastique de certains composants. Dans un premier temps, l’analyse expérimentale du crissement nous permet d’identifier les points clés de la modélisation du phénomène. Ensuite, une stratégie de réduction de la taille des modèles, via la réduction de l’interface de contact et la génération de super-élément est mise au point. Puis, une méthode d’implémentation du comportement viscoélastique dans les calculs de stabilité est proposée. Enfin, une analyse de sensibilité est menée afin d’identifier les paramètres fortement influents sur l’estimation des instabilités. / Brake squeal is due to a vibrational instability of the brake system induced by the friction between the pads and the disc. It results in a high frequency noise of 1kHz to 20kHz, up to 110 dB. The objective of this thesis is to enrich the current numerical process to better predict the squeal noise. The growing size of the numerical models is now an obstacle to the use of methods, more complex than the conventional stability analysis, but time consuming. Moreover, these models do not take into account the viscoelastic behavior of some component. First, the experimental analysis of squeal allows us to identify the key points of the modeling of brake squeal. Then, a strategy in order to minimize the size of the model, thanks to the reduction of the contact interface and super-element generation is developed. Then, a method for integrating viscoelastic behaviour in stability analysis is proposed. Finally, a sensitivity analysis is performed to identify highly influential parameters on the estimation of instabilities.

Nous avons identifié le rôle de la distribution solide et l’implication de facteurs (potentiel d’oxydoréduction, anions compétiteurs, activité biologique, matière organique (MO)) dans la mobilité de l’arsenic (As) et l’antimoine (Sb) dans un sol de zone humide (ZH) agricole. Pour cela, nous avons effectué i) un suivi de la physico–chimie de l’eau interstitielle de la ZH et ii) des incubations en batch du sol de surface de la ZH (0–20/30 cm). En parallèle, nous avons déterminé la distribution solide de As et Sb sur le sol de la ZH à différentes profondeurs (0–130 cm). Nous avons démontré que As est accumulé à la surface du sol avec une association préférentielle avec les oxyhydroxydes de Fe/Mn « amorphes » (59% de As total) en présence de taux élevés de MO. En conditions réductrices, As est fortement solubilisé (jusqu’à 20% de la teneur en As total) contrairement aux conditions oxydantes ce qui est associé i) à la dissolution des oxyhydroxydes de Fe/Mn catalysée par l’activité microbienne et ii) au changement de la spéciation inorganique de As sous forme de As(III) (espèce plus mobile que As(V)). Pour ce qui est de Sb, il est accumulé à la surface du sol avec i) une distribution plus étendues avec les phases solides (27% et 15% dans les oxyhydroxydes de Fe/Mn « amorphes » et « cristallins », 21% dans la MO et 32% dans la fraction résiduelle) et ii) une affinité directe pour la MO contrairement à As. La mobilisation de Sb est favorisée en conditions oxydantes (jusqu'à 5 μg.L–1) en présence de MO dissoute dans l’eau interstitielle et est limitée en conditions réductrices (<3%) (0,2 μg.L–1 dans l’eau interstitielle et 1,5 μg.L–1 dans les batch). Cette mobilité en conditions réductrices est attribuée i) à la dissolution réductrice des oxyhydroxydes de Fe/ Mn catalysée par l’activité microbienne réductrice du sol et ii) au possible changement d’état d’oxydation de Sb sous forme de Sb(III) (espèce moins mobile que Sb(V)). En conditions réductrices, l’apport de 50 mg.L–1 de nitrates et de 20 mg.L–1 de phosphates au sol a engendré une mobilisation plus importante de As et Sb (d’un facteur 2,3 et 1,6, respectivement) qui est attribuée à une possible amplification de la respiration microbienne du sol causant une production plus importante en ions hydrogénocarbonates qui en plus des ions phosphates favoriserait la mobilisation de As et Sb par des effets de compétition. / In this study, we evaluated the effect of i) solid-phase distribution and ii) biophysico–chemical factors (redox potential (Eh), competing anions, microbial activity, organic matter (OM)) on the mobility of arsenic (As) and antimony (Sb) in an agricultural wetland soil. For that, we first performed a physico–chemical monitoring of wetland porewater (field scale) then we conducted controlled batch incubations of the wetland soil (0–20/30 cm) (batch scale). The solid–phase distribution of As and Sb in wetland soil was also performed at different soil depths (0–130 cm). We showed that the highest As content was found in the upper soil layers (0–40 cm) with a preferential association to “amorphous” oxyhydroxydes (59% of total As) in presence of high levels of OM. Under reducing conditions, As was highly solubilized at both field and batch scale (up to 20% of the total As content) which was induced by i) the dissolution of Fe/Mn oxyhydroxides enhanced by soil microbial activity and ii) As(V) reduction into As(III) (very mobile specie). On the other hand, Sb mobilization was enhanced under oxidizing conditions at field scale (up to 5 μg.L–1) with the concomitant occurrence of dissolved OM (up to 93 mg.L–1) and was rather limited under reducing conditions (<3% of the total Sb content; 0.2 μg.L–1 at field scale and up to 1.5 μg.L–1 at batch scale). The mobility behavior of Sb was attributed to i) the dissolution of Fe/Mn oxyhydroxides catalyzed by microbial activity, ii) the possible occurrence of Sb in its less mobile form (Sb(III)) under reducing conditions and iii) probable DOM–induced mobilization under oxidizing conditions. Under reducing conditions, the addition of nitrate (50 mg.L–1) and phosphate (20 mg.L–1) to wetland soil, enhanced As and Sb mobilization by factors of 2.3 and 1.6 which was suggested to be caused by the combined competing effect of phosphate and hydrogenocarbonate ions; the latter one resulting from a possible enhanced microbial activity.

Les techniques sur la récupération d'énergie qui visent à permettre aux réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Network, WSN) de devenir autonomes, sont reconnues comme des élément cruciaux pour répondre aux futurs besoins des objets connectés portés par l'internet des objets (Internet of Things, IoT). C’est dans ce contexte que les matériaux fonctionnels piézoélectriques et magnétostrictifs, qui peuvent être utilisés dans une large gamme de systèmes de récupération d'énergie, ont un regain d’intérêt au cours de ces dernières années. Cette thèse porte sur la modélisation multiphysique de ces deux matériaux fonctionnels avec la méthode éléments finis et par la réduction de modèle pour les systèmes qui en résultent, sur la base de la décomposition propre généralisée (Proper Generalized Decomposition, PGD). La modélisation de ces matériaux fonctionnels reste difficile bien que la recherche dans ce domaine a été l'objet de plusieurs études depuis des décennies. Une multitude de difficultés existent, parmi lesquelles les trois suivantes qui sont largement reconnues. La première difficulté résulte de la description mathématique des propriétés de ces matériaux qui est compliquée ; ce qui est particulièrement vrai pour les matériaux magnétostrictifs pour lesquels leurs propriétés dépendent de facteurs environnementaux externes tels que la température, la contrainte et le champ magnétique d’excitation. La deuxième difficulté résulte des effets de couplage entre les champs électromagnétiques, élastiques et thermiques qui doivent être considérés mutuellement, ce qui est au-delà de la capacité de la plupart des outils de simulation existants. La troisième difficulté vient du fait que les systèmes deviennent de plus en plus compacts pour être intégrés et/ou embarqués. Dans ce cas la modélisation multi-échelle est nécessaire, ce qui signifie que des modèles numériques tridimensionnels (3D) doivent être employés. Le travail présenté ici fournit des solutions pour répondre aux difficultés mentionnées. Une modélisation multiphysique sur la base des formes différentielles est d'abord établie. Dans cette modélisation, les quantités sont discrétisés en utilisant les éléments de Whitney appropriés. Après la discrétisation, le système est résolu en un bloc unique, ce qui évite les itérations entre les solutions physiques différentes tout en conduisant à des convergences rapides. La formulation prend en compte, la loi de comportement linéaire des matériaux piézoélectriques, et une loi de comportement non linéaire pour les matériaux magnétostrictifs basée sur le principe de l’énergie libre exprimé par le modèle (Discrete Energy-Averaged Model, DEAM). La mise en œuvre de notre formulation permet de décrire les comportements des matériaux fonctionnels piézoélectriques et magnétostrictifs à des coûts numériques raisonnables. Suite à cela, deux algorithmes basés sur la PGD pour la réduction de modèle sont proposés. Ces deux algorithmes ont permis de réduire considérablement le problème dimensionnel des modèles multiphysiques tout en en conservant de très bonnes précisions. Les algorithmes proposés fournissent également des moyens pour gérer le couplage avec la non-linéarité d’une manière efficiente. L’ensemble de nos modèles sont vérifiés et validés par des exemples représentatifs. / The energy harvesting technology that aims to enable wireless sensor networks (WSN) to be maintenance-free, is recognized as a crucial part for the next generation technology mega- trend: the Internet of Things (IoT). Piezoelectric and magnetostrictive materials, which can be used in a wide range of energy harvesting systems, have attracted more and more interests during the past few years. This thesis focuses on multiphysics finite element (FE) modeling of these two materials and performing model reduction for resultant systems, based on the Prop- er Generalized Decomposition (PGD). Modeling these materials remains challenging although research in this area has been under- going over decades. A multitude of difficulties exist, among which the following three issues are largely recognized. First, mathematically describing properties of these materials is com- plicated, which is particularly true for magnetostrictive materials because their properties depend on factors including temperature, stress and magnetic field. Second, coupling effects between electromagnetic, elastic, and thermal fields need to be considered, which is beyond the capability of most existing simulation tools. Third, as systems becoming highly integrated whole-scale simulations become necessary, which means three dimensional (3D) numerical models should be employed. 3D models, on the other hand, quickly turns intractable if not properly built. The work presented here provides solutions in respond to the above challenges. A differential forms based multiphysics FE framework is first established. Within this frame- work quantities are discreted using appropriate Whitney elements. After discretization, the system is solved as a single block, thus avoiding iterations between different physics solutions and leading to rapid convergences. Next, the linear piezoelectric, and a free energy based nonlinear magnetostrictive constitutive model called Discrete Energy Averaged Model (DE- AM) are incorporated into the framework. Our implementation describes underlying material behaviors at reasonable numerical costs. Eventually, two novel PGD based algorithms for model reduction are proposed. With our algorithms, problem size of multiphysics models can be significantly reduced while final results of very good accuracy are obtained. Our algo- rithms also provide means to handle coupling and nonlinearity conveniently. All our methodologies are demonstrated and verified via representative examples.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude du post-flambement local des grandes struc- tures composites raidies. La simulation du post- flambement par la méthode des éléments- finis est aujourd’hui limitée par le coût du calcul en particulier pour les grandes structures. Seules des zones restreintes peuvent être étudiées, en négligeant les interactions global/local. L’objectif de cette thèse est de proposer une stratégie de calcul performante pour la simula- tion du post-flambement local des grandes structures raidies à partir des connaissances sur le comportement mécanique des structures en post-flambement et d’un découpage naturel le long des raidisseurs favorable au calcul parallèle.Dans la littérature, les méthodes de réduction de modèle adaptative ont démontré leur ca- pacité à réduire le nombre d’inconnues tout en maîtrisant l’erreur d’approximation de la solution des problèmes non-linéaires. Par ailleurs, les méthodes de décomposition de do- maine avec localisation non-linéaire sont particulièrement adaptées au calcul parallèle en mécanique des structures en présence de non-linéarités locales.Les travaux de thèse portent dans un premier temps sur une stratégie de réduction de modèle adaptative spécifique au cas du post-flambement. Dans le cas d’un flambement local d’une grande structure raidie une combinaison avec une méthode de décomposition de domaine primale est ensuite proposée. Toutes ces stratégies sont implémentées dans un code de re- cherche programmé pendant la thèse. / This thesis is part of the study of local post-buckling of large stiffened composite struc- tures. The finite element simulation of structures subjected to post-bucking still faces com- putational limits, especially for large structures. Only restricted area may be studied for now, neglecting global/local interactions.The aim of the thesis is to propose an efficient computational strategy for local post-buckling analysis of large stiffened structures from knowledge on mechanical behavior of post-buckling structures and a natural partitionning along stiffeners conducive to parallel computation. In litterature, the adaptive model reduction solving techniques have demonstrated their abi- lity to drastically reduce the number of unknowns as well as to control the approximation error of solving non-linear problems. Furthermore, domain decomposition methods with a non-linear local step are suited to parallel computation in structural mechanics in the pre- sence of local non-linearities.Our work deals first with an adaptive model reduction strategy dedicated to post-buckling problems. In order to adress larger stiffened structures subjected to local post-buckling, like an aircraft fuselage, partitioning is then performed. The model reduction, as well as the adap- tive procedure are written in the framework of the primal domain decomposition method with a non-linear local step. These strategies are implemented in a research code developed for the purpose of the thesis.

La prévision des crues et des inondations reste aujourd’hui un défi pour anticiper et assurer la sécurité des biens et des personnes. En France, le SCHAPI, qui dépend du MEDDE, assure ce rôle. Les niveaux et les débits d’un cours d’eau dépendent étroitement des interactions à différentes échelles entre les précipitations, les caractéristiques géométriques du cours d’eau et les propriétés topographiques, géologiques et pédologiques du bassin versant. Les modèles hydrauliques, utilisés dans le cadre de la prévision des crues, sont entachés d’incertitudes qu’il est nécessaire de quantifier et de corriger afin de mieux anticiper l’évolution hydrodynamique du cours d’eau en temps réel. L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer les prévisions de hauteurs d’eau et de débits, sur le bassin de la Marne, issues des modèles hydrauliques utilisés dans le cadre opérationnel de la prévision des crues à partir de méthodes d’assimilation de données. Ces prévisions reposent sur une modélisation mono-dimensionnelle (1D) de l’hydrodynamique du cours d’eau à partir du code hydraulique 1D Mascaret basé sur la résolution des équations de Saint-Venant, enrichie par une méthode d’assimilation de données in situ utilisant un Filtre de Kalman Étendu (EKF). Ce mémoire de thèse s’articule en cinq chapitres, trois dédiés à la recherche et les deux derniers à l’application opérationnelle. Le chapitre 1 présente les données et les outils utilisés pour caractériser le risque inondation dans le cadre de la prévision des crues, ainsi que les modèles hydrauliques Marne Amont Global (MAG) et Marne Moyenne (MM), sujets d’application des méthodes d’assimilation de données développées dans cette étude. Le chapitre 2 est dédié à la méthodologie : il traite des différentes sources d’incertitudes liées à la modélisation hydraulique et présente les approches d’assimilation de données de type EKF appliquées dans cette étude à travers la maquette DAMP pour les réduire. Dans le chapitre 3, cette approche est appliquée aux modèles MAG et MM en mode réanalyse pour un ensemble de crues ayant touché le bassin de la Marne par le passé. Deux publications ont été insérées dans ce chapitre "étude". Dans le chapitre 4, les corrections appliquées dans le chapitre 3, sont validées à partir du rejeu de la crue de 1983 en condition opérationnelle avec le modèle MM. La quantification des incertitudes de prévision et la réalisation de cartes de zones inondées potentielles y sont aussi abordées. L’application de ces méthodes d’assimilation de données pour les modèles MAG et MM en opérationnel au SCHAPI au niveau national et au SPC SAMA au niveau local est présentée dans le chapitre 5. Cette thèse s’inscrit dans un contexte collaboratif où chacun apporte son expertise : la modélisation hydraulique pour le LNHE, les méthodes numériques pour le CERFACS et la prévision opérationnelle pour le SCHAPI. L’ensemble de ces travaux de thèse a permis de démontrer les bénéfices et la complémentarité de l’estimation des paramètres et de l’état hydraulique par assimilation de données sur les hauteurs d’eau et les débits prévus par un modèle hydraulique 1D, ce qui constitue un enjeu d’importance pour l’anticipation du risque hydrologique. Ces méthodes ont été intégrées dans la chaîne opérationnelle de prévision du SCHAPI et du SPC SAMA. / Flood forecasting remains a challenge to anticipate and insure security of people. In France, the SCHAPI, wich depends on the MEDDE, takes this function. Water levels and discharges are highly dependent on interactions at different scales between rainfall, geometric characteristics of rivers and topographic, geological and soil properties of the watershed. Hydraulic models, used in the context of flood forecasting, are tainted by uncertainties which necessist to be quantified and corrected in order to better anticipate flow evolution in real time. The work carried out for this PhD thesis aims to improve water level and discharge forecasts on the Marne watershed, from hydraulic models used in the operational framework of flood forecasting using data assimilation methods. These forecasts come from a mono-dimensional (1D) hydraulic model Mascaret based on the resolution of Saint-Venant equations, improved by data assimilation methods using an Extended Kalman Filter (EKF). This thesis consists of five chapters, three dedicated to research and the two last to the operational application. The first presents data, tools and methods used to characterize the flood risk in the context of flood forecasting, as well as the Marne Amont Global (MAG) and Marne Moyenne (MM) models, subjects of application of data assimilation methods developed in this study. The second chapter covers hydraulic model uncertainties and data assimilation methodology (Kalman filter) applied in this thesis through DAMP in order to reduce them. In the third chapter, this approach is applied to the MAG and MM models for different flood events. In the fourth chapter, the April 1983 flood event allows to validate the corrections applied in the previous chapter for the MM model in an operational context. The uncertainties evaluations and the mapping of potential flooded zones are also reported. The real-time application of these data assimilation methods for MAG and MM models by SCHAPI and SPC SAMA is presented in the fifth chapter. This thesis takes place in a collaborative work where each member brings his own expertise : the hydraulic modeling for LNHE, the numeric methods for the CERFACS and operational forecasting for the SCHAPI. This thesis shows the benefits and complementarity of the evaluation of parameters and hydraulic state using data assimilation on water levels and discharges forcasted by a 1D hydraulic model, which is an important issue for the anticipation of hydrologic risk. These methods have already been integrated to the operational chain of flood forecasting of the SCHAPI and the SPC SAMA.

De ce fait, le premier objectif de notre travail consiste à proposer des générateurs de nombres aléatoires appropriés pour des architectures parallèles et massivement parallèles de clusters de CPUs/GPUs. Nous testerons le gain en temps de calcul et l'énergie consommée lors de l'implémentation du cas linéaire du pricing européen. Le deuxième objectif est de reformuler le problème non-linéaire du pricing américain pour que l'on puisse avoir des gains de parallélisation semblables à ceux obtenus pour les problèmes linéaires. La méthode proposée fondée sur le calcul de Malliavin est aussi plus avantageuse du point de vue du praticien au delà même de l'intérêt intrinsèque lié à la possibilité d'une bonne parallélisation. Toujours dans l'objectif de proposer des algorithmes parallèles, le dernier point est l'étude de l'unicité de la solution de certains cas linéaires inverses en finance. Cette unicité aide en effet à avoir des algorithmes simples fondés sur Monte Carlo / Handling multidimensional parabolic linear, nonlinear and linear inverse problems is the main objective of this work. It is the multidimensional word that makes virtually inevitable the use of simulation methods based on Monte Carlo. This word also makes necessary the use of parallel architectures. Indeed, the problems dealing with a large number of assets are major resources consumers, and only parallelization is able to reduce their execution times. Consequently, the first goal of our work is to propose "appropriate" random number generators to parallel and massively parallel architecture implemented on CPUs/GPUs cluster. We quantify the speedup and the energy consumption of the parallel execution of a European pricing. The second objective is to reformulate the nonlinear problem of pricing American options in order to get the same parallelization gains as those obtained for linear problems. In addition to its parallelization suitability, the proposed method based on Malliavin calculus has other practical advantages. Continuing with parallel algorithms, the last point of this work is dedicated to the uniqueness of the solution of some linear inverse problems in finance. This theoretical study enables the use of simple methods based on Monte Carlo

Les nanotubes de carbone ou le graphène sont des formes allotropiques du carbone prometteuses pour un large domaine d’applications, mais des modifications de leur surface carbonée sont nécessaires pour leur manipulation et mise en forme. La fonctionnalisation covalente est un des moyens utilisés avec succès dans ce cadre, même si les modifications induites ne sont pas contrôlables. Les travaux réalisés au cours de cette thèse concernent l’utilisation de la réduction chimique des nanotubes et autres nanoformes de carbone, nanocornes, graphène ou nanodisques, pour d’une part obtenir des solutions stables et concentrées dans une gamme de solvants dépendant du type de nanoforme et d’autre part fonctionnaliser de manière covalente les différents types de surface carbonée de ces objets. Dans le cas des nanotubes, des molécules acceptrices ou donneuses d’électrons ont ainsi été greffées permettant la formation d’ensembles donneur-accepteur. D’autre part, le nombre de fonctions chimique greffées a pu être contrôlé, préservant ainsi les propriétés électroniques des nanotubes. / Carbon nanotubes and graphene are promising allotropes of carbon for a large range of applications. Due to their tendency to aggregate, modifications of the carbon surface are required in order to manipulate them. Covalent functionalization is one of the ways commonly used to reach this target even if this route is not controllable. The study presented in this thesis deals with the chemical reduction of carbon nanotubes and other forms of carbon such as nanohorns, graphene, nanocones and nanodisks. Two main results have been demonstrated here. First, adding electrons to these materials renders them soluble at high concentrations in various organic solvents. Second, these reduced materials can be functionalized covalently thanks to the charges excess. Donor-acceptor dyads have thus been prepared by grafting organic dyes such as porphyrin and perylene to the nanotubes. Furthermore the extent of functional groups can be controlled preserving the electronic properties of carbon nanotubes.