Face aux nouveaux cadres législatifs ou environnementaux dans lesquels ils doivent évoluer, les systèmes industriels actuels sont, en plus d'être contraints par des exigences classiques de productivité et de cout, sujets au respect de nouvelles exigences relatives à la sûreté, la sécurité ou au développement durable notamment. Pour répondre à ces exigences et améliorer la maitrise des performances de ses systèmes, EDF souhaite faire évoluer sa démarche d'Optimisation de la Maintenance Basée sur la Fiabilité vers une nouvelle méthode. Cette méthode nécessite en autre la proposition d'une approche outillée permettant de quantifier a priori les programmes de maintenance (CMPQ) sur ses systèmes par rapport aux indicateurs de performance attendus (KPIs). Cet outillage fait l'objet de cette thèse financée dans le cadre du GIS 3SGS - projet DEPRADEM 2. Après avoir généralisé les besoins d'EDF en regard de la CMPQ, nous proposons une identification de la connaissance générique nécessaire pour évaluer les KPI. Afin d'aboutir à un outil permettant l'automatisation de ces études de CMPQ, cette connaissance générique est ensuite modélisée sur la base de deux langages : le langage semi-formel SysML capitalisant, par l'intermédiaire de différents diagrammes, la connaissance statique, interactionnelle et comportementale ; et le langage AltaRicaDF, supportant un modèle dynamique permettant d'évaluer les KPIs par simulation stochastique. La création de ce modèle dynamique à partir des différents diagrammes est basée sur un mapping entre les concepts d'intérêt des deux langages. La démarche dans sa globalité est validée à la CMPQ d'un cas d'étude fourni par EDF : le système ARE / To face with new legislatives and environmental contexts in which they have to operate, it is needed now that the industrials systems have to satisfy to many different requirements and constraints. Thus, these requirements are not only conventional ones such as availability and costs, but also emergent ones such as safety and sustainability. This report implies for the specific French company EDF (energy power supplier) to evolve from its usual approach of reliability centered maintenance (RCM) to a new approach. It is consisting mainly in developing a tool able to support the Complex Maintenance Programs Quantification (CMPQ). This Ph.D. is dealing with this the engineering and deployment of this tool in the frame of the GIS 3SGS - DEPRADEM 2 project. The first step of the work is to generalize EDF needs, then to propose a framework enabling to identify required generic knowledge needed to assess the Key Performances Indicators (KPIs) for supporting quantification. The next step is to model the generic knowledge in two complementary ways: a formalization of the static, interactional and behavioral knowledge based on different SysML diagrams; and a formalization of the dynamic and executable knowledge formalized by AltaRicaDF (ADF) language, allowing to perform stochastic simulation and to assess required KPIs. The path to elaborate dynamic executable vision from SysML diagrams is released by means of rules between each element of interest of both languages. All this approach/tool is applied to a specific EDF case study: the ARE system

Les systèmes méandriformes constituent la plupart des rivières terrestres ou sous-marines qui modèlent les paysages par leur évolution temporelle et spatiale. Les témoins de leur évolution peuplent les plaines traversées par celles-ci. Parmi eux, des barres d’accrétion latérale témoignant de la migration des boucles du chenal peuvent être identifiées, tout comme des méandres abandonnés par simplification naturelle de la trajectoire du chenal ou encore des chenaux entiers abandonnés lors d’un changement de direction principale du chenal par avulsion. La diversité et le volume des dépôts résultant font des systèmes chenalisés, une fois enfouis, de bons candidats pour le stockage de ressources naturelles. L’étude de la disposition des différents faciès est donc cruciale pour leur exploitation. Les techniques d’imagerie satellitaire ou LIDAR permettent l’étude des systèmes actuels. L’architecture en subsurface peut être imagée globalement par image sismique ou GPR, ou localement par des puits d’investigation. Ces techniques permettent d’avoir une bonne évaluation du dernier état du système chenalisé. Les états précédents, quant à eux, peuvent être observés par morceaux lorsqu’ils ont été épargnés par l’érosion. En effet, le remaniement de la ceinture de méandres par migration latérale des chenaux rend souvent difficile l’analyse des états antérieurs que ce soit en termes de géométrie ou de chronologie des dépôts. Cette thèse propose une méthode de simulation des systèmes chenalisés qui respecte au mieux les différentes informations disponibles. Parmi celles-ci, souvent, l’image sismique permet d’identifier le dernier état du système et des boucles de méandres abandonnés en contrastant avec la ceinture de méandres par des dépôts souvent plus argileux et datant de la période succédant l’abandon. Des barres d’accrétion latérale peuvent aussi être observées, témoignant des directions de migration des méandres. Parfois, des données de puits sont aussi accessibles et informent sur la nature des faciès rencontrés (e.g., sableux, argileux). La méthode présentée dans ce manuscrit part du dernier état du système observé sur l’image sismique. Une simulation en temps inversé de la migration du chenal, inspirée par l’analyse des cartes chronologiques du Mississippi, est appliquée et permet, pas de temps par pas de temps, de retrouver de potentiels états antérieurs. Selon une simulation de la chronologie estimée par des critères spatiaux et statistiques (e.g., distance et orientation au chenal courant, probabilité d’abandon), les méandres abandonnés sont intégrés à l’étape de temps voulue dans le chenal principal. Les boucles de méandres disparues par érosion sont compensées par la simulation d’autres méandres dans la ceinture de méandres. Cette simulation respecte les critères géométriques observés sur les méandres épargnés par l’érosion mais également d’autres critères statistiques tels que la probabilité d’érosion observée sur des analogues sédimentaires tels que le Mississippi. Cette approche ouvre la possibilité d’honorer les faciès observés sur les puits par la simulation de méandres abandonnés en ces points. Elle a été appliquée sur divers jeux de données bidimensionnels satellite ou sismique / Meandering systems constitute the majority of aerial and sub-marine rivers which shape the landscapes by their temporal and spatial evolution. The witnesses of this evolution can be observed on the plains crossed by these channels. Among them, lateral point bar resulting from the channel migration but also abandoned meanders created by the natural stream rectifying and abandoned channels originating from the main direction change by avulsion. Once buried, the channelized systems are good candidates for natural resources storage thanks to the diversity and the volume of the resulting deposits. The understanding of the internal architecture of facies is thus crucial for resource exploitation. Satellite and LIDAR images permit current system studies. Subsurface architecture can be imaged by seismic images, GPR or LIDAR. These techniques give a good evaluation of the system last channel path. However, anterior stages, when spared by the erosion can be observed locally. Indeed, the reworking of the channel belt by lateral and downstream migration makes it difficult to observe the geometric or chronologic features of anterior deposits. This thesis proposes a simulation method of channelized systems conditioning to available information. Among them, the seismic image often permits to identify the last system stage and the abandoned meanders thanks to their muddy filling after the abandonment time contrasting with the channel belt. Lateral point bars can also be observed, witnessing of meander paleo-migration direction. Sometimes, well data inform on the facies (e.g., muddy, sandy). The method presented here starts from the last channel path observed on the seismic image and go back in time by reverse migration to reconstruct anterior channel paths. This stochastic migration model is inspired by the analysis of historic Mississippi maps. According to a chronology simulation based on spatial and statistical criteria (e.g., distance and orientation to the current channel, abandonment probability distribution), abandoned meanders are integrated at the relevant time step inside the main channel path. Erosion of abandoned meanders is addressed by abandoned meander simulation inside the meander belt. This stochastic simulation conditions to geometrical criteria observed on the abandoned meanders spared by the erosion but also to statistical criteria observed on sedimentary analogs such as the Mississippi river (e.g., erosion probability distribution). One of the main perspectives is to condition to well data through the simulation of abandoned meanders. This technique has been applied on two satellite and seismic 2D case studies

Le point de départ de ce mémoire est la technique d'Analyse en Composantes Principales de Processus (ACPP), extension à des champs spatialement et/ou temporellement continus de l'Analyse en Composantes Principales (ACP) classique. Elle conduit à rechercher les fonctions propres d'un noyau de covariance, solutions d'une équation intégrale de Fredholm et permet ainsi de tenir compte explicitement de la forme et de la taille du domaine d'étude. Dans le chapitre l, après un rappel de la méthode et la présentation de l'approximation numérique utilisée lorsqu'on travaille avec un échantillon de taille fInie et un processus discrétisé spatialement, on s'attache à montrer les liens de cette technique avec la recherche de modes normaux de systèmes dynamiques puis avec les techniques d'interpolation optimale et la géostatistique. On montre ainsi que l'ACPP peut s'interpréter comme un cas particulier de krigeage s'appuyant sur un modèle de covariance spécifique, non nécessairement stationnaire. Dans le chapitre 2, afIn de quantifIer les erreurs sur l'estimation des fonctions propres, dues à l'échantillonnage statistique et à la discrétisation spatiale, une solution analytique, pour un modèle particulier de covariance et un domaine circulaire, est proposée puis comparée aux solutions numériques. Le chapitre 3 pose ensuite les principes de l'utilisation de l'ACPP pour la simulation de champs bidimensionnels et analyse la sensibilité de la méthode au choix des paramètres en terme de restitution d'une covariance cible. La technique est aussi comparée à d'autres méthodes (Bandes tournantes, méthodes matricielles), puis utilisée pour la simulation de champs non stationnaires. Enfin, le chapitre 4 illustre tous ces développements méthodologiques sur des données de température mensuelle de surface de la mer sur l'Atlantique intertropical entre 1964 et 1987.

Ce travail consiste à choisir une méthode statistique d'ajustement des valeurs extrêmes et à l'appliquer aux précipitations extrêmes dans la région Cévennes - Vivarais. La première partie est réalisée à partir de valeurs simulées. La méthode non-paramétrique de Villasenor qui n'impose pas au début de l'analyse une loi statistique à la série de données, est choisie comme la meilleure méthode parmi les cinq méthodes d'ajustements. Dans la deuxième partie les caractéristiques pluviométriques de la région Cévennes - Vivarais sont calculées à partir de mesures horaires de 52 stations par la méthode choisie. La cartographie des caractéristiques pluviométriques de cette région est réalisée par les méthodes : spline et krigeage. La méthode krigeage donne une meilleure interpolation que celle de spline, et fournit encore des informations sur la structure spatiale de la région. Les cartes tracées représentent une distribution réaliste des valeurs extrêmes de précipitation de la région Cévennes - Vivarais.

L'un des buts de la biologie des systèmes est, à l'aide de données expérimentales, de proposer un modèle si possible quantitatif, permettant d'inférer les causes microscopiques (interactions moléculaires) menant aux conséquences macroscopiques qui sont observées par expérimentation. Un tel modèle est dit explicatif. S'il est suffisamment complet, il peut être aussi prédictif, c'est-à-dire permettre de fournir des résultats qui seront confirmés par des expériences futures, et donc dans certaines limites permettre de faire des expériences in silico pertinentes. Une partie de mes travaux de recherche au cours des dix dernières années a été de réaliser un systéme de simulation intégré, HSIM, le plus complet possible, offrant à la fois une simplicité d'utilisation pour le modélisateur et un grand pouvoir d'expression permettant de prédire la dynamique de modèles issus de domaines très variés de la biologie. Le langage de description de HSIM permet de décrire de façon générique des modèles aussi divers que des réseaux métaboliques, des réseaux d'interaction géniques, ainsi que le couplage de ces deux types de réseaux; le mécanisme de réplication de l'ADN couplé à la transcription et la traduction des gènes pour étudier l'influence de la réplication sur la dynamique de réseaux d'interaction entre ces gènes; des modèles permettant de montrer des phénomènes d'auto-organisation spatiale et leur influence sur la dynamique globale du système, etc. En collaboration avec l'équipe de Franck Molina du laboratoire Sysdiag à Montpellier, je me suis intéressé à la conception et à la réalisation de bio-calculateurs artificiels utilisant des composants logiques implémentés à l'aide de réseaux métaboliques permettant de détecter les marqueurs d'une pathologie particulière (cancer colorectal, néphropathie diabétique) et de faire un calcul programmé pour fournir une réponse intégrée, par exemple sous forme colorimétrique. Des premiers résultats ont été obtenus lors la thèse de Stéphanie Rialle, à laquelle j'ai contribué de façon informelle. Je continue mes recherches dans cette voie en co-encadrant une thèse qui porte sur la définition et la conception de composants logiques enzymatiques, et sur la conception d'outils informatiques permettant de réaliser et de tester in silico des réseaux métaboliques artificiels réalisant un calcul donné.

La transfection est le processus de transfert de gènes (ADN) dans des cellules. L'utilisation des plasmas froids à la pression atmosphérique est un excellent vecteur pour la transfection de gènes. Cela peut conduire à une perméabilisation temporaire de la membrane cellulaire permettant ainsi le processus de transfection de gènes, dans lequel l'ADN et les cellules sont exposées aux flux des espèces actives du plasma (électrons, ions et radicaux neutres). Cependant beaucoup de questions restent sans réponse notamment sur les mécanismes de transfection par plasma, en particulier de formation de pores et de perméabilisation de la membrane par interactions avec les espèces actives du plasma. Ainsi, nous avons développé un modèle Monte Carlo simulant la formation de pores de quelques nm de largeur sous l'effet d'un microplasma d'air. Ce model nécessite a priori des données d'entrées sur la densité des espèces chargées et la température du gaz et des électrons. C'est pourquoi nous avons aussi effectué une caractérisation expérimentale par spectroscopie d'émission optique OES de la micro décharge couronne. On a estimé les températures rotationnelles de plusieurs espèces variant entre (700K-2350K) même si dans nos conditions de plasma hors équilibre la température du gaz demeure ~300K. Les variations spatiales de la température vibrationnelle Tvib et des électrons Te le long de l'espace inter-électrode (de la pointe vers l'électrode de masse) ont aussi été estimées (Tvib:3000K-6500K et Te:6.75 eV-3.4eV). Les densités des ions et des électrons ont été déterminées et valent environ 1015 cm-3. Par ailleurs, sachant qu'il n'existe dans la littérature aucune modélisation consacrée à la perméabilisation de la membrane et la formation de pore par interactions avec les espèces actives du plasma, nous avons développé pour la première fois dans la littérature un modèle spécifique de simulation Monte Carlo pour la poration. Chaque espèce du plasma (électrons, ions, neutres radicaux) est considérée comme une macro-espèce (ou super-particule) représentant un grand nombre de particules. La proportion des espèces du plasma arrivant sur la membrane est estimée à partir de leurs flux, calculés à l'aide d'un modèle de cinétique réactionnelle et par mesures spectroscopiques. La membrane est supposée comme une simple structure multicouche de phospholipides et protéines. Les interactions avec les couches membranaires sont considérées comme étant des super-processus (recombinaison, réflexion, activation, ouverture). Une probabilité d'occurrence de chacun de ces super-processus est assignée à chaque super-particule sur la base d'une étude paramétrique. Le but est d'évaluer les effets des paramètres de simulation initiaux ainsi que l'effet des probabilités d'occurrence de chaque processus sur la formation de pores. Plusieurs résultats importants ont été obtenus. Les électrons jouent un rôle principal sur l'activation et l'ouverture des sites dus à leur forte anisotropie dans la direction avant. Malgré les faibles énergies, proche de celle du gaz, des ions et des radicaux, leur processus de réflexion est déterminant pour élargir et approfondir les dimensions des pores. Il a été montré que le nombre initial de particules NP est le paramètre qui contrôle le plus efficacement la formation de pores. De plus, nous avons observé une corrélation directe entre NP et la durée d'exposition de la membrane cellulaire au plasma. Dans les conditions actuelles de simulation, on a obtenu une dynamique de formation de pores avec des dimensions (diamètres~10nm) compatibles pour la transfection de gènes. Les résultats de simulation Monte Carlo ont été qualitativement validés par une comparaison préliminaire avec les mesures des taux de transfection d'ADN et de survie de cellules fibroblaste de souries. La méthode de Monte Carlo développée dans ce travail représente un outil très prometteur pour une meilleure compréhension des mécanismes de transfection de gènes par plasma. / Gene transfection is a technique of deliberately introducing DNA into cells through the membrane. The cold atmospheric plasma CAP is potentially a new alternative, safe and damage-free technique. It can lead to a transient permeabilization of the cell membrane allowing processes of gene transfection in which DNA and cells are both exposed to fluxes of active plasma species (electrons, ions, and neutral radicals). The mechanisms of more particularly membrane poration are far to be clear and controlled. Therefore, the aim of this thesis is to numerically study the mechanisms of plasma-induced membrane permeabilization using a specific micro-air plasma. More precisely, is to develop and exploit a specific Monte Carlo poration model. This model is aimed to simulate the pore formation of few nm of width through cell membranes when irradiated by micro-air plasma. This developed model requires a prior input data on the density of charged particles and the temperature of gas and electrons. Thus, an experimental characterisation by OES of the micro-air corona discharge is performed. Rotation temperature was determined (between 700K to 2350K) even though under our non-equilibrium conditions Tg remains ~300K. OES also has given the space variation from the high voltage tip to the grounded plate of vibration temperatures (between 3000K up to about 6500K) and Te (about 6.75 eV down to 3.4 eV near the plate). A magnitude around 1015cm-3 for the electron and ion densities have been also determined. Moreover, knowing that there are no literature simulations devoted to membrane permeabilization and pore formation when impacted by plasma actives species, we developed for the first time in literature a specific Monte Carlo poration model. In this framework, we assumed each plasma species (electrons, ions, and neutral radicals) as a super-particle grouping a large number of particles. The species fluxes were estimated from a plasma reaction kinetic model and OES study. The membrane layers were assumed as a simple membrane model superposing four layers of phospholipids and proteins. Each layer was constituted by a succession of super-sites subjected to specific super-processes (recombination, reflection, activation of a site, opening, etc). For an accurate exploitation of our model, the estimation of the probability of occurrence of the whole considered super-processes is absolutely necessary. Thus, a large parametric study is conducted. The aim is to evaluate the effects of the initial simulation parameters as well as the magnitude of the occurrence probabilities of each reaction process on pore formation.

La reproductibilité des expériences numériques sur les systèmes de calcul à haute performance est parfois négligée. De plus, les méthodes numériques employées pour une parallélisation rigoureuse des simulations stochastiques sont souvent méconnues. En effet, les résultats obtenus pour une simulation stochastique utilisant des systèmes de calcul à hautes performances peuvent être différents d’une exécution à l’autre, et ce pour les mêmes paramètres et les même contextes d’exécution du fait de l’impact des nouvelles architectures, des accélérateurs, des compilateurs, des systèmes d’exploitation ou du changement de l’ordre d’exécution en parallèle des opérations en arithmétique flottantes au sein des micro-processeurs. En cas de non répétabilité des expériences numériques, comment mettre au point les applications ? Quel crédit peut-on apporter au logiciel parallèle ainsi développé ? Dans cette thèse, nous faisons une synthèse des causes de non-reproductibilité pour une simulation stochastique parallèle utilisant des systèmes de calcul à haute performance. Contrairement aux travaux habituels du parallélisme, nous ne nous consacrons pas à l’amélioration des performances, mais à l’obtention de résultats numériquement répétables d’une expérience à l’autre. Nous présentons la reproductibilité et ses apports dans la science numérique expérimentale. Nous proposons dans cette thèse quelques contributions, notamment : pour vérifier la reproductibilité et la portabilité des générateurs modernes de nombres pseudo-aléatoires ; pour détecter la corrélation entre flux parallèles issus de générateurs de nombres pseudo-aléatoires ; pour répéter et reproduire les résultats numériques de simulations stochastiques parallèles indépendantes. / The reproducibility of numerical experiments on high performance computing systems is sometimes overlooked. Moreover, the numerical methods used for rigorous parallelization of stochastic simulations are often unknown. Indeed, the results obtained for a stochastic simulation using high performance computing systems can be different from run to run with the same parameters and the same execution contexts due to the impact of new architectures, accelerators, compilers, operating systems or a changing of the order of execution of the floating arithmetic operations within the micro-processors for parallelizing optimizations. In the case of non-repeatability of numerical experiments, how can we seriously develop a scientific application? What credit can be given to the parallel software thus developed? In this thesis, we synthesize the main causes of non-reproducibility for a parallel stochastic simulation using high performance computing systems. Unlike the usual parallelism works, we do not focus on improving performance, but on obtaining numerically repeatable results from one experiment to another. We present the reproducibility and its contributions to the science of experimental and numerical computing. Furthermore, we propose some contributions, in particular: to verify the reproducibility and portability of top modern pseudo-random number generators, to detect the correlation between parallel streams issued from such generators, to repeat and reproduce the numerical results of independent parallel stochastic simulations.

Les chenaux sont des structures sédimentaires clefs dans le transport et le dépôt de sédiments depuis les continents jusqu'aux planchers océaniques. Leurs dépôts perméables permettent la circulation et le stockage de fluides. Comme illustré avec les systèmes turbiditiques, le remplissage de ces chenaux est très hétérogène. Son impact sur la connectivité des dépôts perméables est amplifié par les variations d'organisation spatiale des chenaux. Mais du fait de l'aspect lacunaire des données, l'architecture de ces structures souterraines n'est que partiellement connue. Dans ce cas, les simulations stochastiques permettent d'estimer les ressources et les incertitudes associées. De nombreuses méthodes ont été développées pour reproduire ces environnements. Elles soulèvent deux questions capitales : comment analyser et comparer la connectivité de simulations stochastiques ? Comment améliorer la représentation de la connectivité dans les simulations stochastiques de chenaux et réduire les incertitudes ? La première question nous a conduits à développer une méthode pour comparer objectivement des réalisations en se concentrant sur la connectivité. L'approche proposée s'appuie sur les composantes connexes des simulations, sur lesquelles sont calculés plusieurs indicateurs. Une représentation par positionnement multidimensionnel (MDS) facilite la comparaison des réalisations. Les observations faites grâce au MDS sont ensuite validées par une carte de chaleur et les indicateurs. L'application à un cas synthétique de complexes chenaux/levées montre les différences de connectivité entre des méthodes et des valeurs de paramètres différentes. En particulier, certaines méthodes sont loin de reproduire des objets avec une forme de chenaux. La seconde question amène deux principaux problèmes. Premièrement, il apparaît difficile de conditionner des objets très allongés, comme des chenaux, à des données de puits ou dérivées de données sismiques. Nous nous appuyons sur une grammaire formelle, le système de Lindenmayer, pour simuler stochastiquement des objets chenaux conditionnés. Des règles de croissance prédéfinies contrôlent la morphologie du chenal, de rectiligne à sinueuse. Cette morphologie conditionne les données au fur et à mesure de son développement grâce à des contraintes attractives ou répulsives. Ces contraintes assurent le conditionnement tout en préservant au mieux la morphologie. Deuxièmement, l'organisation spatiale des chenaux apparaît peu contrôlable. Nous proposons de traiter ce problème en intégrant les processus qui déterminent l'organisation des chenaux. Un premier chenal est simulé avec un système de Lindenmayer. Puis ce chenal migre à l'aide d'une simulation gaussienne séquentielle ou d'une simulation multipoints. Cette approche reproduit les relations complexes entre des chenaux successifs sans s'appuyer sur des modèles physiques partiellement validés et au paramétrage souvent contraignant. L'application de ces travaux à des cas synthétiques démontre le potentiel de ces approches. Elles ouvrent des perspectives intéressantes pour mieux prendre en compte la connectivité dans les simulations stochastiques de chenaux / Channels are the main sedimentary structures for sediment transportation and deposition from the continents to the ocean floor. The significant permeability of their deposits enables fluid circulation and storage. As illustrated with turbiditic systems, those channel fill is highly heterogeneous. Combined with the spatial organization of the channels, this impacts significantly the connectivity between the permeable deposits. The scarcity of the field data involves an incomplete knowledge of these subsurface reservoir architectures. In such environments, stochastic simulations are used to estimate the resources and give an insight on the associated uncertainties. Several methods have been developed to reproduce these complex environments. They raise two main concerns: how to analyze and compare the connectivity of a set of stochastic simulations? How to improve the representation of the connectivity within stochastic simulations of channels and reduce the uncertainties? The first concern leads to the development of a method to objectively compare realiza-tions in terms of connectivity. The proposed approach relies on the connected compo-nents of the simulations, on which several indicators are computed. A muldimensional scaling (MDS) representation facilitates the realization comparison. The observations on the MDS are then validated by the analysis of the heatmap and the indicators. The appli-cation to a synthetic case study highlights the difference of connectivity between several methods and parameter values to model channel/levee complexes. In particular, some methods are far from representing channel-shaped bodies. Two main issues derive from the second concern. The first issue is the difficulty to simulate a highly elongated object, here a channel, conditioned to well or seismic-derived data. We rely on a formal grammar, the Lindenmayer system, to stochastically simulate conditional channel objects. Predefined growth rules control the channel morphology to simulate straight to sinuous channels. That morphology conditions the data during its development thanks to attractive and repulsive constraints. Such constraints ensure the conditioning while preserving at best the channel morphology. The second issue arises from the limited control on the channel organization. This aspect is addressed by taking into account the evolution processes underlying channel organization. An initial channel is simulated with a Lindenmayer system. Then that channel migrates using sequential Gaussian simulation or multiple-point simulation. This process reproduces the complex relationships between successive channels without relying on partially validated physical models with an often constraining parameterization. The applications of those various works to synthetic cases highlight the potentiality of the approaches. They open up interesting prospects to better take into account the connectivity when stochastically simulating channels

Les méthodes stochastiques de modélisation discrète de réseaux de fractures reposent principalement sur la reproduction de la géométrie du réseau de fractures naturelles décrit par des lois de distributions statistiques. Classiquement, la géométrie de chaque objet est simulée en déterminant la position, l'orientation et la géométrie d'objets planaires représentant une fracture. Cependant, l'organisation générale du réseau est émergente d'un processus stochastique et stationnaire. Cette thèse explore une approche stochastique pseudo-génétique définissant des règles d'implantation et de propagation d'objets non planaires qui permet de contraindre l'émergence d'une organisation fractale particulière. La simulation mime le processus de fracturation naturelle en contraignant le positionnement et la géométrie de chaque fracture par la zone d'accumulation des contraintes et la zone d'ombre définie autour de chaque fracture déjà simulée. Nous étudierons l'impact de la méthode proposée sur la dimension fractale du réseau de fractures discret. De même, nous mènerons une étude quantifiant l'impact de notre méthode de simulation sur la connectivité des modèles et leur seuil de percolation. La validation des approches stochastiques se base sur le réalisme de la géométrie et du comportement des modèles produits. L'approche précédemment décrite contraint les géométries locale et globale des réseaux de fractures discrets par des lois statistiques et des concepts issus de la mécanique de la fracturation. L'imagerie des discontinuités mécaniques peut aussi passer par l'interprétation de données indirectes évaluant le comportement physique et/ou dynamique du volume de roche fracturé. Nous proposons une approche efficace pour intégrer à la simulation stochastique des considérations relatives à des tests de traceurs et à la microsismicité. Nous intégrerons ces considérations à la simulation directe des objets sans passer par une optimisation qui pourrait être couteuse en temps de calcul et corrompre l'organisation fractale du réseau de fracture discret / The stochastic simulation of discrete fracture network is based on the sampling of distribution law that describes the geometry of natural fracture networks. It generally simulates each fracture by selecting the position, the geometry and the dimensions of a planar object. The general organization of the discrete fracture network emerges from this stationary and stochastic process. This thesis explores a pseudo genetic and stochastic approach using rules that drive the seeding and the propagation of non planar objects, and allow the emergence of a fractal organization. The simulation mimics the natural fracturing process by considering the constraint accumulation zone and the shadow zone associated to each fracture already simulated in the fracture seeding, growth and linkage. We explore the impact of the method on the fractal dimension of discrete fracture network models, and we quantify its impact on both the connectivity and the percolation threshold. The validation of the stochastic approach is based on the realism of models both in terms of geometry and impact on its physical behavior. Our approach constrains the geometry of discrete fracture networks at fracture and at fracture network scales using statistic distribution laws and mechanical concepts. Mechanical discontinuities can also be described by indirect data that quantify the response of the fractured rock volume to dynamic or mechanical stimulation. We propose an efficient way to take into account flow information recorded from tracer tests and microseismic events that trigger after a hydraulic stimulation. The method is integrated during the stochastic simulation in order to remove the need of an optimization process that may be time consuming or may impact the fractal organization of the network

Les précipitations ont une très grande variabilité sur une large gamme d'échelles tant spatiale que temporelle. Cette variabilité est une source importante d'incertitude pour la mesure, les applications et la modélisation, et au-delà pour la simulation et la prévision. De plus, les précipitations sont des processus extrêmement intermittents et possèdent plusieurs régimes d’invariance d’échelle. Le générateur de champ précipitant développé au cours de la thèse est basé sur la modélisation statistique de l’hétérogénéité et de l’intermittence des précipitations à fine échelle. L’originalité de la modélisation repose en partie sur l’analyse de données observées par un disdromètre à très fine résolution. Cette modélisation qui diffère des modèles existants dont la résolution est plutôt de l’ordre de la minute, voire de l’heure ou du jour, permet d’obtenir des simulations dont les propriétés sont réalistes sur une large gamme d’échelle. Ce simulateur permet de produire des séries chronologiques dont les caractéristiques statistiques sont similaires aux observations aussi bien à l’échelle de simulation (15s) qu’après dégradation (1h et 1 jour). Les propriétés multi-échelles du simulateur sont obtenues grâce à une approche hybride qui repose sur une simulation à fine échelle des évènements de pluie par un générateur multifractal associé à une simulation du support basée sur une hypothèse de type Poissonienne. Une étape de re-normalisation des taux de pluie assure l’adaptation du générateur à la zone climatique considérée.Le simulateur permet la génération de cartes 2D de lames d’eau. La méthodologie développée pour les séries chronologiques est étendue au cas 2D. Le simulateur stochastique multi-échelle 2D ainsi développé reproduit les caractéristiques géostatistiques et topologiques à la résolution de 1x1 km2. Ce générateur est utilisé dans le cadre d’une étude de faisabilité d’un nouveau système d’observation des précipitations en milieu urbain. Le principe de ce système repose sur l’utilisation de mesures opportunistes de l’affaiblissement subit par les ondes radios émises par les satellites géostationnaires TV-SAT dans la bande 10.7-12.7 GHz. De façon plus spécifique on suppose que les terminaux de réception TVSAT installés en ville chez les particuliers sont capables de mesurer de tels affaiblissements. A ce stade de l’étude nous ne disposons pas de telles observations. L’étude s’appuie donc sur des cartes de précipitations issues du générateur 2D et d’un réseau de capteur hypothétique. Le système d’observation envisagé permettra d’estimer les champs de précipitation (30x30 Km2) et avec une résolution spatiale de 0.5x0.5 Km2. / Precipitations are highly variable across a wide range of both spatial and temporal scales. This variability is a major source of uncertainty for the measurement and modeling, also for the simulation and prediction. Moreover, rainfall is an extremely intermittent process with multiple scale invariance regimes. The rain-field generator developed during the thesis is based on the fine-scale statistic modeling of rain by the mean of its heterogeneity and intermittency. The modeling originality partially rest on the analysis of fine-scale disdrometer data. This model differs from other existing models whose resolution is roughly a minute or even an hour or a day. It provides simulations with realistic properties across a wide range ofscales. This simulator produces time series with statistical characteristics almost identical to the observations both at the 15s resolution and, after degradation, at hourly or daily resolutions. The multi-scale properties of our simulator are obtained through a hybrid approach that relies on a fine scale simulation of rain events using a multifractal generator associated with a rain support simulation based on a Poissonian-type hypothesis. A final re-normalization step of the rain rate is added in order to adapt the generator to the relevant climate area. The simulator allows the generation of 2D water-sheets. The methodology developed in the first part is extended to the 2 Dimension case. The multi-scale 2D stochastic simulator thus developed can reproduce geostatistical and topological characteristics at the spatial resolution of 1x1 km2.This generator is used in the scope of the feasability study of a new observation system for urban area. The principle of this system is based on the opportunistic use of attenuation measurements provided by geostationary TV satellites which radio waves lay in the 10.7 to 12.7 GHz bandwidth. More specifically it is assumed that the SAT-TV reception terminals installed in private homes are able to measure such attenuations. At this stage of the study we do not have such observations. The study is therefore based on rainfall maps generated using the 2D generator in addition to a hypothetical sensor network. The considered observation system will allow to estimate precipitation fields (30 x 30 km2) with a spatial resolution of 0.5x0.5 km2.