Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Cette recherche s’intéresse aux mutations spatiales et paysagères engendrées par l’édification des systèmes autoroutiers. Elle s’attarde plus spécifiquement à l’étude des espaces délaissés qui émergent progressivement à partir de l’édification de ceux-ci, des friches qui forment l’interface du réseau d’autoroutes, des paysages intermédiaires qui sont côtoyés au quotidien, mais qui sont vraisemblablement évacués des représentations accordées à l’infrastructure, des environnements à priori techniques qui nécessitent d’être explorés dans toute leur complexité afin d’amorcer leur compréhension et une réflexion quant à leur devenir. Dans ce sens, l’étude tente de formuler le dessin des friches autoroutières en tant que paysage intermédiaire de l’urbain, de faire basculer l’image à priori technique de ces délaissés vers celle qui serait plus sensible. Elle cherche ainsi à mettre en évidence les logiques techniques qui se sous-tendent leur émergence et à observer leurs qualités morphologiques qui s’associent à la géométrie des composantes autoroutières (parcours, nœuds, points d’accès) et au rapport de celles-ci avec les tissus urbaines limitrophes. Elle se penche également à l’examen des dynamiques ; à la fois naturelles, humaines et sensorielles, qui définissent le caractère insoupçonné de ces paysages. D’un point de vue méthodologique, cette recherche met de l’avant un processus de lecture des friches autoroutières basé sur les approches typo-morphologique et sensible. D’un côté, l’approche typo-morphologique est employée à l’examen de leurs structures formelles, en regard aux friches qui s’organisent dans la continuité du réseau autoroutier de l’agglomération urbaine de Québec et plus spécifiquement dans le maillage et à la limite des composantes de l’autoroute Félix-Leclerc. De l’autre, par la lecture in situ des friches de l’échangeur Félix-Leclerc / Henri-IV, l’approche sensible cherche à révéler la stratification des dynamiques qui définissent ces paysages d’exception. Cette recherche souligne que le réseau autoroutier anime l’émergence de friches, que celles-ci soient directement liées la configuration de ses composantes ou bien à l’interaction de celles-ci avec les tissus qui les bordent, s’organisant ainsi de manière interne ou externe à l’infrastructure. Contextuellement, les friches autoroutières tendent à se développer à l’échelle générale du système d’autoroutes, mais plus particulièrement dans les milieux périurbains, là où les composantes du réseau sont édifiées de manière étendue sur le territoire. Aussi, ces délaissés comportent une structure formelle qui s’associent à la configuration spécifique des composantes autoroutières, mais également aux multiples rapports qui se profilent entre l’infrastructure et ses tissus contigus. Ce sont pareillement des formes concrètes qui tendent à se déformer par rapport à celles issues des logiques théoriques de conception, des étendues également impressionnantes à l’échelle de l’autoroute et du territoire. En regard à leur paysage, les friches autoroutières se définissent selon une structure paysagère de base liée à l’usage antérieur du sol et l’édification de l’infrastructure. Une structure qui se pose à l’origine des reprises subséquentes de la nature et la formation de milieux humides, organisant ainsi des milieux particulièrement diversifiés. On remarque également que ces environnements oubliés sont convoités par les citoyens. Des brèches s’expriment sur leurs limites et rendent les friches accessibles, tandis que leurs surfaces sont façonnées par des interventions humaines à l’image de parcours et de lieux informels. L’intensification de nos perceptions est aussi attribuable à la pratique de ces paysages complexes, autant celles qui se rattachent au procédé du cheminement que celles liées aux qualités sensibles de l’environnement. Les friches autoroutières ne sont donc pas strictement des espaces techniques de l’autoroute, mais bien des environnements et des paysages sensibles à l’échelle de l’urbain. Selon leurs qualités physiques, paysagères et sensorielles, mais aussi d’après l’ensemble de leurs potentiels, elles se présentent aujourd’hui comme des milieux à ré-inventer, à animer par de nouveaux aménagements ou de nouvelles formes d’occupation. Un paysage intermédiaire d’intérêt qui mérite de participer à la vie urbaine, à nos pratiques quotidiennes. Une forme nouvelle d’urbanité qui est en devenir, actuellement en attente des décisions et des concepts qui l’animeront.

Au début du 20ème siècle, l'étang de Berre était occupée par de larges prairies sous-marines de Zostera qui ont fortement réduit sous l'impact des pollutions et arrivées massives d'eau douce par le canal EDF. Pollutions et arrivées d'eaux ont beaucoup réduit mais les herbiers ne s'étendent pas vers le large. Cette thèse a donc pour but d'analyser les interactions entre les herbiers sous-marins de l'étang de Berre basé sur l'hypothèse que la dynamique hydro-sédimentaire peut jouer un rôle dans le maintien des herbiers à l'état relique. Dans cette lagune, le vent conditionne l'hydrodynamisme en générant des vagues de vent et des courants.L'atténuation des vagues par l'herbier est en lien avec la hauteur des vagues (dépendant de la vitesse du vent, la longueur de fetch et des effets de réfraction lié à la morphologie de la anse) et est modulée par la biométrie de l'herbier, le niveau d'eau ou la présence de courants. Alors qu'au dessus de l'herbier, les courants sont rapides et fortement influencés par le vent et les vagues de vent, une couche de transition eau-canopée permet la dissipation de l'énergie des vagues et des courants. Dans la canopée, les courants sont très atténués grâce à la présence de l'herbier. L'herbier apparaît comme un élément important de la dynamique sédimentaire car il peut, par sa simple présence, réduire l'hydrodynamisme et modifier l'évolution du fond dans et en arrière de l'herbier et protéger la plage. Le niveau de récurrence de vents forts semble contrôler les évolutions sédimentaires.Les fortes interactions de l'herbier avec la dynamique hydro-sédimentaire laissent penser qu'elle pourrait limiter leur extension dans des zones plus exposées. / Berre lagoon was occupied by extensive meadows at the turn of the 20th century which regressed down under the impact of urban and industrial pollution and inflow of the EDF canal. Even though freshwater inputs and pollutions were drastically reduced respectively in the 1980s and 1990s, meadows have not significantly gained ground. This thesis aims at analysing the interactions between seagrass meadows of Berre lagoon, hydrodynamics and sedimentary processes, based on the postulate that these mechanisms are important in the maintenance of the meadows in their present dispersed form. In the lagoon, winds constitute the dominant influence on hydrodynamics in the lagoon by generating wind waves and currents. Wave attenuation is linked to wave height, which is, in turn, dependent on wind intensity and fetch length and modified by the bay morphology. Wave attenuation is also modulated by meadow biometry, and by water levels and currents.Whereas currents are strong and strongly influenced by wind and wind waves above the meadow, a transition canopy-water layer dissipates waves and currents. In the canopy, currents are thus attenuated.The meadow is not just a passive element in the overall sediment dynamics since it reduces energy and thus modifies substrate changes within and in the back of the meadow, thus protecting the shoreline. However, it is the recurrence of strong wind that seems to drive sedimentary changes. The strong interactions between the meadow and the hydrodynamic and sedimentary processes could limit the extension of the meadow in areas more exposed to waves.

Les fermes houlomotrices de seconde génération qui seront déployées dans les années qui viennent seront composées d’un grand nombre de modules identiques mouillés en mer et rapportant au rivage l’électricité produite par câbles sous-marins. Il a été montré que le contrôle des machines houlomotrices permet d’augmenter significativement leur rendement. Cependant, le contrôle optimal d’un système houlomoteur est non causal, i.e. son application nécessite la prévision de la force d’excitation soumise par le champ de vague sur chacun des éléments de la ferme. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont consisté à mettre en place une stratégie de contrôle permettant une récupération d’énergie proche de l’optimum théorique en tenant compte des interactions hydrodynamiques liées à la configuration de ferme et permettant de résoudre la non-causalité d’un tel contrôleur en utilisant uniquement l’information contenue dans les vecteurs d’états des machines de la ferme. Dans un premier temps, les équations reliant les différents états des machines de la ferme ont été établies puis ont été utilisées afin d'effectuer une prévision des états sur les corps contrôlés permettant ainsi d’appliquer un contrôle réactif pseudo causal. Afin de contraindre la dynamique des corps et maitriser l’horizon de non causal du contrôleur, une méthode de fenêtrage a été appliquée à l’impédance du contrôleur. À l’aide d’un simulateur temporel développé spécifiquement, une étude de sensibilité a été conduite pour définir les paramètres optimaux et le comportement de la stratégie de contrôle et de son fenêtrage. La robustesse et la performance du contrôleur ont ensuite été évaluées pour différents changements extérieurs comme la dérive des corps, les variations d’orientation de houle, et l’étalement spectral directionnel. L’application de la stratégie de contrôle à une ferme de 10 corps a montré une récupération d’énergie supérieure à 83% de la limite théorique maximale. / The next generation of wave farms will becomposed of a large number of identical devices deployed offshore, which will transfer the retrieved energy to the shore using submarine cables. It hasbeen proven that the control of Wave Energy Converters can improve their efficiency. However, one of the main challenges of WEC control is the noncausality of the optimal controller. Indeed, the time domain application of this kind of control requires the forecast of the excitation force applied by the wavefield on each device of the farm. The work presented in this thesis aimed at developing and assessing a control strategy with an energy efficiency close to the theoretical optimum, taking into account the hydrodynamic interactions between the farm devices, and solving the non-causality issue using the measurements of the states of the device of the array. First, the equations linking the devices’ states within the array have been established and used to performa deterministic forecast of the states of the controlled bodies, which allowed to apply a pseudo-causal reactive control. Moreover, a window function hasbeen applied to the controller impedance in order to constrain the dynamic of the controlled bodies, and also to regulate the non-causal horizon of the controller. Then, using a time domain simulator developed specifically, a sensibility analysis has been performed to define the optimal parameters and the behavior of the controller with the window function.The robustness and the performances of the controller have also been assessed when affected by exterior changes such as device drift, wave orientation modification, and directional spreading of the wave spectrum. The collaborative controlled strategy applied to a farm of 10 devices has shown an energy efficiency over 83% of the theoretical bound.

Les structures ostréicoles constituent des obstacles artificiels pouvant perturber l'écoulement des courants de marée et la propagation des vagues, et ainsi modifier le transport sédimentaire. Il en résulte des envasements locaux parfois très prononcés et menaçants pour l'activité ostréicole. L'impact des structures sur les forçages hydrodynamiques, vagues et courants, est donc évalué à différentes échelles spatiales par le biais de mesures in-situ, de modélisation expérimentale et de modélisation numérique. Ces différentes approches ont permis de montrer qu'en champ proche, les courants sont modifiés en termes d'intensité et de direction alors qu'il n'existe pas de modification significative des vagues. A l'échelle d'un parc ostréicole en revanche, un ralentissement significatif des courants et une atténuation importante des hauteurs de vagues sont mesurés. D'un point de vue sédimentaire, nous avons observé sous une table à huîtres une turbidité plus importante ainsi qu'une évolution altimétrique du sédiment moins perturbée qu'à proximité. La diminution des contraintes de cisaillement sur le fond, due à l'atténuation des vagues par le parc, entraîne une réduction du potentiel érosif des vagues, ce qui se traduit par une granulométrie différente et une tendance à l'envasement dans la partie aval du parc vis-à-vis de la propagation des vagues. Une modélisation numérique de la Baie du Mont Saint-Michel a été mise en oeuvre et calibrée par nos mesures in-situ. Elle a montré que l'impact des structures sur la sédimentation à long terme est essentiellement local et est donc négligeable à l'échelle de la baie.

Le littoral sableux du Languedoc-Roussillon est un système vulnérable aux risques d'érosion et de submersion. Ces aléas sont liés à la conjonction des facteurs naturels que sont les vagues, vent, élévation du niveau de la mer et apports sédimentaires et sont donc aggravés en période de tempête. En vue d'une gestion des risques, une meilleure connaissance des phénomènes hydrodynamiques de l'échelle littorale à l'échelle côtière est essentielle. Ce travail a conduit à la réalisation d'une plateforme de modélisation numérique composée du modèle de circulation océanique 3D Symphonie, traditionnellement dédié aux échelles régionales et côtières, qui a été modifié pour inclure le forçage par les vagues, modélisées par les modèles Wavewatch III ou Swan, et ainsi étendre sa validité au littoral. Le modèle a été testé sur des cas académiques littoraux. Des mesures sur la plage à double barres de Sète pendant l'hiver 2008-2009, ont également servi à parfaire le modèle qui reproduit ainsi avec succès les caractéristiques des courants en zone littorale : la dérive, les courants sagittaux sur des bathymétries plus complexes et les profils verticaux des courants. Pour valider le modèle à des échelles plus côtières, nous avons confronté ses résultats à des mesures réalisées pendant une tempête hivernale en 2004 aux alentours de l'embouchure de la Têt, mais également sur des tempêtes de 2007 et 2008 dans le Golfe d'Aigues-Mortes. Les courants sont globalement bien reproduits. Les zones d'action des vagues semblent limitées aux zones de profondeur inférieure à 30 m. Notre modèle autorise une reproduction correcte des courants à toutes les échelles et sa nature 3D permet un calcul plus précis de la tension de cisaillement de fond et du courant près du fond, responsables respectivement de la mise en suspension et de l'advection des sédiments.

Notre travail doctoral, structuré autour de deux études théoriques et d'une étude empirique, explore l'apport des Technologies de l'Information et de la Communication (TIC) à l'improvisation organisationnelle lors de la réponse à la crise. La première étude confirme la diversité de la littérature sur l'improvisation et révèle que les auteurs adoptent des postures différentes à quatre étapes du processus de recherche. La deuxième étude propose cinq mécanismes organisationnels fondamentaux au développement de l'improvisation organisationnelle. A partir de cette proposition, nous identifions six propriétés des TIC qui soutiennent l'improvisation de crise. Enfin, notre étude rétrospective qualitative du cas de la réponse à la crise provoquée par la canicule de 2003 en Île-de-France montre que le développement de l'improvisation, réponse au vide organisationnel qui pèse sur la réponse à la crise, dépend non seulement des propriétés des TIC mais également des genres de communication développés par les acteurs autour des moyens de communication. Durant la canicule, le genre fervent a facilité l'improvisation parmi les opérationnels. Au contraire, le genre dépassionné, prédominant dans les échanges électroniques, a freiné la participation des acteurs administratifs à l'improvisation. Certains d'entre eux sont tout de même parvenus à participer à l'improvisation en adaptant le genre dépassionné lors de leur utilisation du fax. Si les TIC facilitent certaines interactions, la faculté des acteurs à improviser dépend également de leur capacité à adapter leurs genres de communication.

Dans les systèmes parcourus par un flux d'énergie ou de matière, des phénomènes d'auto-organisation sont possibles. Le système quitte son état d'équilibre thermodynamique, ses composants s'organisent en " structures dissipatives ", aussi appelées des " patterns ". En optique, on observe de tels " patterns " dans les dimensions transverses des faisceaux laser lors de leur propagation dans certains matériaux nonlinéaires.Nous étudions ici les patterns observés dans un système photoréfractif à simple rétroaction optique. Le faisceau incident et le faisceau réfléchi par le miroir interfèrent dans le cristal photoréfractif et modifient ses propriétés électro-optiques. Cette modification influence en retour la propagation des faisceaux. Si le faisceau incident est suffisamment intense, le système dépasse le seuil dit d' " instabilité de modulation " : l'observation du faisceau retour montre que l'intensité lumineuse s'est auto-organisée en structures géométriques remarquables, en patterns.Deux axes de recherche sont approfondis. Premièrement, nous étudions l'influence d'un moment angulaire orbital du faisceau incident (appelé alors un faisceau " vortex ") sur le pattern. Cette propriété du faisceau influe sur le phénomène d'auto-organisation et sur la dynamique des structures transverses obtenues. Un modèle numérique du mélange d'onde donne des résultats cohérents avec l'expérience. Deuxièmement, nous étudions le régime très fortement non linéaire, c'est-à-dire dans le cas d'un pompage gaussien classique mais très intense. Nous montrons par une analyse statistique que l'état turbulent observé loin du seuil est parcouru par des événements intenses, des ondes scélérates.

Depuis plusieurs décennies, la communauté informatique graphique s’intéresse à la simulation physique du mouvement et du rendu des fluides. Ils nécessitent d’approcher numériquement des systèmes complexes d’équations aux dérivées partielles, coûteux en temps de calcul. Ces deux domaines trouvent entre autres des applications dans le domaine vidéoludique, qui requiert des performances pouvant offrir des résultats en temps interactif, et dans la simulation d’écoulements réalistes et complexes pour les effets spéciaux, nécessitant des temps de calcul et d’espace mémoire beaucoup plus considérables. Les modèles de la dynamique des fluides permettent de simuler des écoulements complexes, tout en offrant à l’artiste la possibilité d’interagir avec la simulation. Toutefois, contrôler la dynamique et l’apparence des vagues reste difficile. Cette thèse porte d’une part sur le contrôle du mouvement des vagues océaniques dans un contexte d’animation basée sur les équations de Navier-Stokes, et sur leur visualisation réaliste. Nos deux contributions principales sont : (i) un modèle de forces externes pour contrôler le mouvement des vagues, avec leur hauteur, leur point de déferlement et leur vitesse. Une extension du modèle pour représenter l’interaction entre plusieurs vagues et des vagues tournantes est également proposée. (ii) une méthodologie pour visualiser les vagues, à l’aide d’une méthode de rendu réaliste, en s’appuyant sur des données optiques des constituants océaniques pour contrôler l’apparence du fluide considéré comme milieu participant. La simulation et le contrôle de la dynamique des vagues sont mis en oeuvre dans un simulateur basé sur la méthode SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics). Afin d’obtenir des performances interactives, nous avons développé un moteur de simulation SPH tirant parti des technologies GPGPU. Pour la visualisation physico-réaliste, nous utilisons un moteur de rendu existant permettant de représenter des milieux participants. Utilisés conjointement, les deux contributions permettent de simuler et contrôler la dynamique d’un front de mer ainsi que son apparence, sur la base de ses paramètres physiques. / Physics based animation and photorealistic rendering of fluids are two research field that has been widely addressed by the computer graphics research community. Both have applications in the video-entertainment industry and used in simulations of natural disasters, which require high computing performance in order to provide interactive time results. This thesis first focuses on simulating breaking wave on modern computer architecturesm and then to render them in the case of oceanic environments. The first part of this thesis deals with physics-based animation of breaking waves, and describes a simple model to generate and control such waves. Current methods only enable to simulate the effects but not the causes of water waves. The implementation of our method takes advantage of GPGPU technologies because of its massively parallel nature, in order to achieve interactive performances. Besides, the method was designed to provide the graphist user-control of the physical phenomena, which enables to control in real time all the physical parameters of the generated waves, in order to achieve the desired result. The second part of this thesis deals with the optical properties of water in oceanic environments and describes a model that enables to realistically render an oceanic scene. Its second goal is to provide user-control of the oceanic constituants amount to tune the appearance of the oceanic participating media.

Dans ce travail nous nous intéressons aux comportement de vagues soumises à l’action d’une pression atmosphérique non constante, un fond mobile et la force de Coriolis. Une première partie est dédiée à l’étude de la résonance de Proudman. Nous proposons une approche mathématique rigoureuse pour étudier ce phénomène. Nous commençons par démontrer un résultat d’existence locale dans un cadre irrotationnel sur les équations des vagues (appelées aussi formulation de Zakharov/Craig-Sulem). Puis, nous justifions différents modèles asymptotiques pour généraliser cette résonance dans diverses situations physiques. Nous proposons en particulier une étude détaillée dans des eaux profondes dans un régime linéaire. Nous étudions aussi la propagation de vagues dans des eaux profondes dans un régime faiblement non-linéaire grâce aux équations de Saut-Xu et nous proposons un schéma numérique pour résoudre ces équations. Dans une deuxième partie, nous étudions l’effet de la force de Coriolis sur les vagues. Nous démontrons un résultat d’existence locale sur les équations Castro-Lannes, équations qui généralisent la formulation de Zakharov/Craig-Sulem dans un cadre rotationnel. Nous justifions ensuite différents modèles asymptotiques dans des eaux peu profondes en présence de la force de Coriolis. En particulier, nous proposons une généralisation des équations de Boussinesq (modèle asymptotique dans un régime faiblement linéaire) lorsque la force de Coriolis n’est pas négligeable. Ces équations nous permettent ensuite de justifier mathématiquement les ondes de Poincaré puis l’équation d’Ostrovsky qui généralise l’équation de Korteweg-De-Vries en présence de la force de Coriolis. / In this work, we are interested in the evolution of water waves under the influence of a non constant atmospheric pressure, a moving bottom and a Coriolis forcing. In a first part, we study the Proudman resonance. We propose a mathematical approach to understand this phenomenon. First, we prove a local wellposedness result in a irrotational framework on the water waves equations (also called the Zakharov/Craig-Sulem formulation). Then, we fully justify different asymptotic models. In particular, we carefully study the Proudman resonance in deep water in the linear regime. Finally, we study the propagation of water waves in a weakly nonlinear regime thanks to the Saut-Xu equations and we propose a numerical scheme in order to solve these equations. In a second part, we study the influence of a Coriolis forcing on water waves. We prove a local wellposedness result on the Castro-Lannes equations, which generalize the Zakharov/Craig-Sulem formulation in the rotational framework. Then, we fully justify different asymptotic models when we take into account a Coriolis forcing. In particular, we generalize the Boussinesq equations (asymptotic model in a weakly nonlinear regime) in this setting. Thanks to these equations, we justify the Poincaré waves and then the Ostrovsky equation, which generalize the Korteweg-De- Vries equation when a Coriolis forcing is taking into account.

Le surf est un sport qui consiste à exécuter des manœuvres en se maintenant debout en équilibre sur une planche transportée par une vague. Dans cette thèse, nous nous intéressons donc au phénomène d’entraînement de particules par une onde. Nous nous sommes en particulier attachés à comprendre deux points déterminants dans la pratique du surf: la capture du surfeur par la vague et l'équilibre du surfeur sur sa planche. Nous avons d'abord établi les critères de surf pour les différents types de vagues. Nous avons montré que la pente et le courant jouent un rôle essentiel dans la capture du surfeur par la vague à son point de déferlement. Le critère de surf établi correspond à condition sur la vitesse relative initiale entre le surfeur et la vague, qui dépend essentiellement de la pente de la vague. Nous avons ensuite montré que le choix de la planche permet de favoriser l'équilibre du surfeur. Le critère de stabilité établi correspond à une hauteur maximale du centre de gravité des surfeurs en fonction des dimensions des planches. Nous avons finalement mis en évidence leur influence sur la vitesse seuil au-delà de laquelle l’équilibre des surfeurs est favorisé. Ainsi, la vitesse initiale du surfeur acquise en ramant est nécessaire pour garantir sa capture et améliorer sa stabilité. Pour finir, nous avons ouvert cette étude d’entraînement de particules par des ondes à deux autres domaines de la Physique : en mécanique et en magnétisme. La diversité des approches expérimentales et leur modélisation théorique commune ont offert une compréhension fondamentale du phénomène. / Surfing is a sport in which the athlet must execute figures while standing in balance on a board, carried itself by a water wave. In this PhD study, we investigate the physical phenomena underlying such a transport of a particle by a wave. We specifically focused our attention on two crucial issues when surfing: the catch of the surfer by the wave and its stability on the board. We first establised under which conditions the surfer is carried by the wave in a quantitative manner, for different kinds of waves. We showed that the slope of the wave and the stream within played a significant role for the wave to be able to catch the surfer when breaking. The surfing condition that we found relates the initial relative velocity between the surfer and the incoming wave, which essentially depends on its slope. We then demonstrated that choosing the right board improves the stability of the surfer. This stability condition sets a maximum height of the center of gravity of the surfer from the board, as a function of the board dimensions. We hence highlighted how they influence the minimal surfer velocity above which the surfer balance becomes more stable. The initial velocity of the surfer after paddling is essential to ensure the surfer to catch the wave and improve his stability. We finally study the phenomenon in two other fields of physics: in mechanics and magnetism. The different experiments as well as their common theoretical modeling led to a global and fundamental understanding of the phenomenon.