Le sujet de ma thèse est la théorie de la pénalisation, développée originalement par B .Roynette, P. Vallois et M. Yor dans le cas du mouvement brownien. En quelques mots, cela consiste à favoriser des trajectoires de mesure nulle en mettant un poids sur la mesure de probabilité. La première partie de ma thèse est la contrepartie discrète de leur travail: Soit (Omega,(Xn,,n>=0),Fn,n>=0, P) la marche aléatoire symétrique où Fn est la filtration canonique. Pour des fonctionnelles positives et adaptées G:N*Omega->R+, j'étudie pour tout n dans N, pour tout An dans Fn, la limite quand p tend vers l'infini de la quantité: Ex[An Gp] / Ex[Gp] Quand cette limite existe, elle est égale à Q(An):=Ex[An Mn] où (Mn,n>=0) est une martingale positive non uniformément intégrable. La définition de Q induit une nouvelle probabilité sur (Omega,F) et on étudie alors (Xn,n>=0) sous Q. Dans une seconde partie, j'essaye d'étendre cette théorie à un processus de naissance et de mort. Rappelons que ces processus ont la propriété de ne changer d'état que vers les états les plus proches et cela après un temps aléatoire exponentiel. Plus précisément, je pénalise un processus de naissance et de mort transient par le nombre de visites dans l'état 0 (ce qui est comme une pénalisation par le temps local). Quand je force ce processus à visiter une infinité de fois l'état 0, je prouve que, sous la nouvelle mesure de probabilité induite par pénalisation, le processus se comporte comme un processus de naissance et de mort récurrente. / The subject of my thesis is the theory of penalisation originaly developed by B .Roynette, P. Vallois and M. Yor in the case of the brownian motion. In a few words, it consists in putting a weight on the probability measure to favorise trajectories with probability measure equals to zero. The first part of my thesis is the discrete counterpart of their work : let (Omega,(Xn,,n>=0),Fn,n>=0, P) the symmetric random walk and Fn is the canonical filtration. For some adapted and positive functionals G:N*Omega->R+, I study for all n in N, for all An in Fn, the limit when p goes to infinity of the quantity: Ex[An Gp] / Ex[Gp] When this limit exists, it is equal to Q(An):=Ex[An Mn] where (M_n,n>=0) is a positive non uniformly integrable martingale. The definition of Q induces a new probability on (Omega, F) and then I study (Xn,n>=0) under Q. In a second part, I try to expend this theory to birth and death Markov processes. Recall that these processes have the property that, after an exponential random length of time, only transitions to neighbouring states are possible. Precisely, I penalize the distribution of the transient birth and death process by the number of visits at the state 0 (which is like local time type penalization). When I force the process to visit an infinitely often the state zero, I prove that, under the new probability measure induced by penalization, the process behaves as a recurrent birth and death process.

Dans les systèmes mettant en jeu des biofilms, le temps de séjour hydraulique (TSH) peut être un élément clé pour le développement du biofilm. Nous avons cherché à caractériser l'influence de ce paramètre sur le développement du biofilm et la compétition entre les bactéries fixées et les bactéries planctoniques. Des Réacteurs Annulaires Rotatifs (RAR) ont été mis en œuvre afin d'estimer expérimentalement la répartition de la biomasse totale entre le liquide et le biofilm. Puis à l'aide d'outils moléculaires (PCR-SSCP) et de traitements statistiques des empreintes moléculaires obtenues, les structures des communautés microbiennes libres et attachées ont été estimées et reliées aux paramètres opératoires. Dans un troisième temps, un modèle microbien simple à une dimension (1D) a été adapté pour intégrer une certaine diversité microbienne (10 espèces). La confrontation entre les données expérimentales et les simulations permet d'expliquer l'évolution de la diversité entre le liquide et le biofilm suivant différentes valeurs du TSH. Les résultats obtenus confirment l'importance du TSH sur la formation du biofilm et l' évolution de la diversité dans le biofilm et la flore planctonique. Si le temps de séjour est élevé (8 heures), alors la croissance dans la phase liquide est importante au détriment de celle du biofilm. Pour des temps de séjour courts (0,3 et 1 heure), la croissance du biofilm est favorisée. La biomasse planctonique est principalement issue du détachement du biofilm. Les sorties du modèle indiquent que la diversité diminue durant la croissance du biofilm. / In biofilm systems, hydraulic retention time (HRT) may have a significant impact on biofilm development. The influence of this parameter on biofilm development and competition between planktonic and attached bacteria has been investigated. Rotating Annular Reactors (RAR) have been used to determine biomass distribution between the bulk phase and the biofilm. Molecular tools (PCR-SSCP) and statistical treatment of molecular fingerprints have been applied to evaluate the impact of operating parameters on the structure of fixed and attached microbial communities. Then, a simple biofilm model (1D) has been adapted to include microbial diversity (10 species). Comparing experimental data and simulation results, it is possible to explain the evolution of diversity at different HRTs. At high HRT, (8 hours) planktonic bacteria are favoured compared to biofilm microorganisms. At low HRT, biofilm growth is favoured by planktonic bacteria wash-out. Simulat ions indicate a decrease of diversity over biofilm growth period.

La thèse présentée concerne l'étude de deux problématiques liées à l'extraction supercritique. Le premier objective a été de tester la capacité du procédé de la Détente Instantanée Contrôlée (DIC), appliquée en tant que technique de prétraitement, à l'efficacité de l'extraction par le CO2 supercritique grâce à la modification de la structure du matériel extrait. Le deuxième objective a été d'élaborer une méthode de mesure de la distribution des temps de séjour afin d'observer l'effet de la direction du flux moyen sur la distribution des temps de séjour dans un extracteur supercritique. L'extraction supercritique attire attention grâce aux avantages qu'elle possède en comparaison avec les méthodes d'extraction conventionnelles. Néanmoins, les applications de la technique à l'industrie sont souvent inhibées par les coûts d'investissement de l'installation de haute pression. Optimisation des paramètres de procédé peut baisser les coûts totaux. Le prétraitement du produit avant l'extraction est un des paramètres les plus importants qui influence la cinétique et le rendement de l'extraction. Dans cette étude, le procédé DIC a été testé en tant que technique de prétraitement. Les grains d'amarante, de soja et de café ont été traités par DIC et extraits par le CO2 supercritique. La structure du matériel a été étudiée par la microscopie électronique à balayage, la porosimétrie à mercure et la pycnométrie à hélium. Les données expérimentales ont été décrites par deux modèles: le modèle BIC basé sur l'extraction des cellules cassées et intactes, et le modèle « hot ball » basé sur la diffusion dans une sphère. L'effet le plus remarquable a été observé pour les grains de soja. Leur porosité a augmenté considérablement après le traitement par DIC et la vitesse de transfert interne de masse a augmenté six fois. La structure des grains d'amarante et de café n'a pas été modifiée par le traitement par DIC, et les résultats de l'extraction ne montrent aucune amélioration. La problématique de l'extraction de la caféine par rapport à la présence de l'eau a été discutée. Grâce à la viscosité cinématique basse, les fluides supercritiques inclinent plus à la convection naturelle, ce qui influence la cinétique et le rendement d'extraction. Plusieurs études sont accessibles concernant la dispersion axiale dans l'extracteur supercritique, évaluée à l'aide des mesures de la réponse à l'injection du traceur dans l'extracteur. Ces travaux étudient le système CO2 pure-traceur, mais ils observent pas la réponse pendant l'extraction proprement dite, ce qui est justement le cas où la convection naturelle peut se développer à cause des différences de densité. Le but de cette étude a été d'élaborer une méthode de mesure de la réponse à l'injection du traceur. L'acide benzoïque a été utilisé comme traceur. Plusieurs solutés ont été testés; le tetracosane a été choisi pour les expériences sous conditions subcritiques (12 MPa, 25ºC), la trilaurine pour les expériences supercritiques (12 MPa, 40ºC). L'extraction a été réalisée avec le solvant passant dans le sens de la pesanteur et aussi dans la direction opposite. Les résultats préliminaires montrent un effet significatif de la direction de flux de solvant sous conditions supercritiques. Par contre, cet effet n'a pas été observé sous conditions subcritiques. Les résultats obtenus doivent être encore vérifiés par une étude suivante.

Les études isotopiques couplées avec des informations géothermiques peuvent constituer des outils pertinents pour l'exploration des eaux souterraines en tant que ressources en eau potable ou géothermiques. Ce travail combine les deux approches, isotopes de l'environnement et radioactifs associés à des données de température sur des aquifères profonds, dans l'objectif d'enrichir et d'améliorer la connaissance des mécanismes de recharge (Bassin d'Aquitaine, France) ainsi que des mécanismes de recharge et du potentiel géothermique (Bassin Crétacé de Bohème, République Tchèque). Les isotopes stables (18O, 2H, 13C) utilisés conjointement avec des radioisotopes (14C, 3H) sont utilisés pour estimer l'époque de la recharge ainsi que les conditions climatiques qui prévalaient lors de l'infiltration depuis la fin de Pléistocène jusqu'à nos jours. Définir le type de recharge et les conditions d'écoulement est nécessaire pour parvenir à modéliser de façon satisfaisante et fiable les grands systèmes aquifères profonds. Trois types de recharge ont été définis en Europe - (i) continue, (ii) interrompue lors du dernier maximum glaciaire (LGM) - un troisième type (iii) correspond à des situations particulières de recharge. Les conditions géographiques et climatiques très différentes rencontrées en France et en République Tchèque ont engendrées une importante hétérogénéité des conditions et processus de recharge. Le sud de la France, avec un climat relativement doux depuis les derniers 40 ka BP, n'a pas enregistré d'interruption de la recharge. Le temps de séjour des eaux souterraines en Bohème est estimé à environ 11 ka BP au maximum. Cependant, l'appauvrissement des teneurs en isotopes stables enregistré suggère une recharge liée à la fonte de la calotte glaciaire Nord Européenne après le dernier maximum glaciaire (LGM), autour de 18-20 ka BP. Des investigations sur les isotopes du carbone minéral dissous des eaux souterraines du bassin de Bohème ont montrées d'importantes interactions avec différentes sources de carbone qui ont été identifiées. Pour le site d'étude tchèque, les informations apportées par la géochimie ont été complétées par des données géothermiques afin d'améliorer la connaissance des flux et de la dynamique des eaux souterraines. Plus d'une centaine d'enregistrements diagraphiques de température ont été utilisés pour estimer le gradient géothermique. Plusieurs phénomènes viennent perturber le gradient géothermique de la région. Les flux d'eau souterraine verticaux et les variations lithologiques et topographiques sont à l'origine d'une distribution complexe du flux de chaleur, étant majoritairement conditionné par les écoulements souterraines. Les discontinuités peu profondes et les nombreux pointements volcaniques exercent aussi une influence importante sur l'écoulement souterrain et donc aussi sur le potentiel géothermique du réservoir. Les investigations sur la géothermie ont ainsi fourni des informations fondamentales sur le potentiel géothermique mais aussi sur les conditions d'écoulement des eaux souterraines. La prise en compte de ces informations s'avère nécessaire afin de proposer des modèles mathématiques d'écoulement réalistes.

Cette thèse tente d'apporter une vision globale des phénomènes mis en jeu lors du fonctionnement d'une pile à combustible de type PEM. Une méthodologie originale a été développée pour appréhender et mesurer les principaux paramètres thermodynamiques, cinétiques et des phénomènes de transport. La détermination expérimentale de la distribution des temps de séjour et la simulation numérique ont permis de caractériser l'écoulement dans les plaques bipolaires. La cinétique des deux demi-réactions électrochimiques a ensuite pu être analysée par des expériences ciblées de dilution des gaz réactifs, et en tenant compte de la diffusion dans l'assemblage membrane-électrodes. Enfin, l'influence de l'humidité sur les performances électriques, ainsi que l'estimation de la résistance ohmique, ont été abordées.

L’objectif de ce travail de thèse est la compréhension du mode de fonctionnement des co-malaxeurs, outils de mélange dont la connaissance est lacunaire par rapport à d’autres types de mélangeur comme l’extrudeuse mono-vis ou bi-vis. Ce manuscrit porte sur plusieurs études expérimentales relatives au co-malaxeur. L'influence de la vitesse de vis et du débit a été explorée par des mesures de distribution des temps de séjours (DTS), de température matière, de pression, de taux de remplissage, ainsi que de dispersion de fibres de verre. L'influence de la viscosité du polymère à l'état fondu sur la distribution des temps de séjour, la pression filière et la température à l'intérieur du co-malaxeur, a également été traitée, par variation de la température de régulation ou de la masse molaire du polymère. La distribution des temps de séjour ne dépend pas de la viscosité, malgré des différences de pression filière et de température matière. L'influence du profil local sur la DTS a été étudiée par des expériences interchangeant localement les types d'éléments (transport et mélange). Une méthode de mesure de la pression par extrusion micro-capillaire aux emplacements de doigts le long du fourreau a été développée, les gradients de pression sont similaires à ceux obtenus en extrudeuses bi-vis. Enfin une série d'expériences a porté sur la gélification du PVC, déterminée de façon qualitative et quantitative, et a montré l'influence primordiale de la température matière sur l’état de gélification / The aim of this PhD work is to gain a better understanding of the co-kneading process, whose knowledge is still lacking compared to other types of mixer such as the single screw extruder or the twin-screw extruder. This manuscript features several experimental studies about the co-kneader. The influence of screw speed and throughput was explored by measurements of the residence time distribution, material temperature, die pressure, filling rate, as well as dispersion of glass fibers. The influence of the viscosity of the polymer melt on the residence time distribution, die pressure and temperature within the co-kneader, was also investigated by varying the barrel temperature or the molecular weight of the polymer. The RTD is similar regardless of the viscosity, despite differences in pressure and material temperature. The influence of the screw profile on the RTD was obtained by experiments interchanging locally the types of elements (conveying and mixing). A method of measurement of the pressure along the barrel by micro-capillary extrusion through the location of pins in the barrel was developped, pressure gradients are similar to those obtained in twin-screw extruders. Finally, a series of experiments was dedicated to the gelation of PVC evaluated both qualitatively and quantitatively, and showed that the temperature governs the gelation rate

Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFD / The development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted

Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFD / The development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted

Les évaluations de vulnérabilité spécifiques pour les ressources d'eau souterraine sont des méthodes SIG qui établissent des indices qualitatifs spatiaux qui déterminent la sensibilité à l'infiltration de polluants superficiels. D'autre part, les fonctions de transfert, comme la Distribution de Temps de Séjour (DTS), sont utilisées pour prévoir le changement temporel de qualité de l'eau au forage, mais ils ne permettent pas de relier les concentrations aux pratiques observées sur le bassin versant. Basé sur une approche analytique, un modèle pour le transport souterrain des produits phytosanitaires liant la vulnérabilité spécifique SIG à la DTS a été développée. L’idée étant de relier les notions de vulnérabilité aux méthodes de prédiction des chroniques de la qualité des eaux. L'outil estime la qualité de l'eau à partir de l'ensemble de données des cartes de vulnérabilité. La validation de cette méthode de vulnérabilité spécifique est possible à partir des données de suivi de la qualité de l’eau au forage. Une formulation de paramètres équivalents a été proposée pour prendre en compte les caractéristiques hydrodynamiques des compartiments de sol (zone saturée et zone non saturée). Une validation théorique de l'approche est faite à l’aide de modèles souterrain à différence finie : HYDRUS et MODFLOW. Une application a été réalisée sur l'aquifère karstique du Val d'Orléans. Elle a permis de déterminer la DTS des concentrations en pesticides dans l'eau souterraine et a mis en évidence la présence non négligeable des métabolites du métazachlore dans le forage. En même temps, le modèle DTS, lié au SIG rend possible la localisation des zones contributrices dans le bassin versant. / The specific vulnerability estimations for the groundwater resources are GIS methods that establish spatial qualitative indices which determine the sensitivity of infiltration from surface contaminants. On the other hand, the transfer functions, using the Residence Time Distribution (RTD), are used to predict temporal water quality change in a borehole, but they do not integrate the spatial variability of the land use. Based on an analytic (advection / dispersion equation) approach, a simple GIS-linked RTD model for groundwater transport has been developed. The tool estimates the water quality from the vulnerability map dataset. This method enables to validate the specific vulnerability maps with the water quality monitoring at the borehole. It links the impacts of land use with the temporal evolution of the water quality. A equivalent formulation parameters is proposed to take into account the hydrodynamic characteristics of the soil compartments (unsaturated zone and Saturated Zone). A theoretical validation of the approach is made from finite-difference groundwater models: HYDRUS and MODFLOW. Also, an application of the RTD compilation was realized on the Val d’Orléans karstic aquifer. This last methodology allowed to determine the RTD of pesticides into the groundwater and highlighted the not insignificant presence of the metabolite of the metazachlor in the groundwater drilling. At the same time, the GIS-linked RTD model makes possible the localization of the contributing zones in the watershed.

Le sujet de ma thèse est la théorie de la pénalisation, développée originalement par B .Roynette, P. Vallois et M. Yor dans le cas du mouvement brownien. En quelques mots, cela consiste à favoriser des trajectoires de mesure nulle en mettant un poids sur la mesure de probabilité.<br />La première partie de ma thèse est la contrepartie discrète de leur travail:<br />Soit $\left(\Omega,\,\left(X_n,\,\mathcal F_n,\,n\geq0\right),\mathcal F_\infty=\bigvee_{n\geq0}\mathcal F_n,\,\p\right)$ la marche aléatoire symétrique où $\mathcal F_n$ est la filtration canonique.<br />Pour des fonctionnelles positives et adaptées $G:\mathbb N\times\Omega\time\Omega\rightarrow\mathbb R^+$, j'étudie $\forall n\in\mathbb N,\,\forall\Lambda_n\in\mathcal F_n$, la limite quand $p\rightarrow\infty$ de la quantité:<br />\begin{equation*}<br />\frac{\e_x[\mathds{1}_{\Lambda_n}G_p]}{\e_x[G_p]}<br />\end{equation*}<br />Quand cette limite existe, elle est égale à $Q\left(\Lambda_n\right):=\e_x[\mathds{1}_{\Lambda_n}M_n]$ où $\left(M_n,n\geq0\right)$ est une martingale positive non uniformément intégrable. La définition de $Q$ induit une nouvelle probabilité sur $\left(\Omega,\,\mathcal F_\infty\right)$ et on étudie alors $\left(X_n,n\geq0\right)$ sous $Q$.<br />Dans une seconde partie, j'essaye d'étendre cette théorie à un processus de naissance et de mort. Rappelons que ces processus ont la propriété de ne changer d'état que vers les états les plus proches et cela après un temps aléatoire exponentiel.<br />Plus précisément, je pénalise un processus de naissance et de mort transient par le nombre de visites dans l'état 0 (ce qui est comme une pénalisation par le temps local). Quand je force ce processus à visiter une infinité de fois l'état 0, je prouve que, sous la nouvelle mesure de probabilité induite par pénalisation, le processus se comporte comme un processus de naissance et de mort récurrente.}