Ce travail porte sur l'étude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne flottante sous l'action conjuguée de la houle et du vent. Pour cela, un nouveau moyen d'essai permettant la génération de vent a été développé sur le bassin de houle de l'École Centrale de Nantes. La qualification aérodynamique de ce dispositif a mis en évidence un faible taux de turbulence et une bonne homogénéité spatiale. Ce dispositif permet également la génération de fluctuations de vitesse basses fréquences par contrôle de la vitesse de rotation des ventilateurs. Dans un second temps, un modèle réduit d'éolienne flottante a été dimensionné à l'échelle du 1/50e suivant une méthodologie adaptée à ce type d'essai. Cette maquette a ensuite été étudiée en bassin afin de caractériser son comportement sous l'action de la houle et du vent. L'influence de la direction principale de la houle par rapport au vent ainsi que d'un vent fluctuant possédant les caractéristiques d'un spectre de vent marin est aussi évoquée dans ce document. Les résultats de ces essais ont finalement fait l'objet d'une première comparaison avec un modèle numérique développé au LHEEA. Parallèlement, les résultats des essais ont également été comparés avec une approche simplifiée remplaçant le rotor par un disque équivalent en termes de traînée aérodynamique afin de valider ou non ce type de simplification.

Microquasars are X-ray binary systems that present relativistic radio jets.These systems consist on a normal star and a compact object, where the latter accretes matter from the former powering the mentioned relativistic jets.Microquasars are known to emit at all the wavelengths from radio to soft gamma-ray energies. Moreover, these objects are nowadays turning out as a new galactic population of high-energy and very high energy gamma-ray emitters.Although the mechanisms behind gamma-ray emission are still not known, it seems that the production site should be the jet itself. We have explored several scenarios linked to gamma-ray production, modeling the non-thermal radiation produced in microquasar jets in the entire spectrum, from radio to TeV energies. We have developed leptonic models to reproduce the emission thought to come from the inner parts of the jet, close to the compact object, taking also into account the radiation at lower energies. Moreover, we have studied the extended broadband emission that could be produced via leptonic and hadronic interactions in nearby clouds bombarded by microquasar jet accelerated protons.We show that microquasars could be behind a significant fraction of the gamma and cosmic rays generated within the Galaxy. Gamma-ray emission from jets could be observed presenting complicated spectra and patterns of variability. The emission should be affected by variable accretion and jet ejection, particle acceleration changes, photon photon absorption in dense ambient photon fields, and other effects linked to the geometry involved in the emitting and absorbing processes. Concerning extended emission from microquasar nearby regions, radiation, convection and diffusion timescales, as well as the particle acceleration efficiencies, are of primary importance to characterize their emission properties.Multiwavelength and multiparticle observations are required to properly understand the involved physics. This will be possible with the new instrumentation at work or to come, which will allow to improve theoretical modeling up to unexpected levels. / "Emissió multi-longitud d'ona per processos d'alta energia als microquàsars"Els microquàsars són sistemes formats per dos objectes, un d'ells és una estrella normal, l'altre pot ser una estrella de neutrons o un forat negre. Si no presenten majors peculiaritats, aquests objectes són anomenats binàries de raigs X, ja que són sistemes binaris que emeten fortament en X. Si aquestes binàries de raigs X presenten dolls relativistes que emeten en ràdio, llavors s'anomenen microquàsars. Aquests dolls s'originen amb la participació de forts camps magnètics presents al veïnatge de l'objecte compacte, i poden emetre en tot l'espectre electromagnètic. Durant el desenvolupament d'aquesta tesi, s'han investigat els mecanismes d'emissió d'alta i molt energia als microquàsars, tenint en compte també la radiació a energies més baixes. Es conclou que es poden explicar els fluxos gamma observats als microquàsars assumint contingutsd'energia en les partícules emissores raonables encara que més grans que aquells que serien suficients per explicar només la part ràdio. De fet, els microquàsars podrien ser una fracció important de les fonts no identificades variables al pla galàctic. Amb la introducció d'acceleració de partícules i absorció per creació de parelles, es pot explicar de manera elegant l'espectre multi-longitud d'ona d'un microquàsar, des de ràdio fins a raigs gamma de molt alta energia. Es important fer notar que, si protons relativistes abandonessin els dolls quan aquests interactuen amb el medi circumdant, el flux de raigs còsmics a les regions properes seria incrementat de forma significativa, cosa que mostra la rellevància dels microquàsars com a acceleradors de raigs còsmics. Això també podria generar emissió multi longitud d'ona si els mencionats protons interactuessin amb el medi circumdant. El treball presentat mostra la riquesa de la física involucrada en l'estudi dels microquàsars, i posa de manifest que l'estudi del fenomen microquàsar ha de recórrer un llarg camí abans de ser comprés de manera global. En qualsevol cas, degut a les excitants perspectives en el camp teòric i observacional, el viatge cap a una bona comprensió d'aquests objectes promet grans avenços en el futur proper.

During years a number of satellites have been developed to remotely sense Earth geophysical parameters for weather forecasting and other climate studies. In recent years the use of reflected Global Navigation Satellite System Signals (GNSS-R) has shown its potential to retrieve geophysical parameters over the ocean, mainly altimetry and sea state, and over land, mainly soil moisture. It is known that sea roughness has an impact on L-band radiometric measurements, and therefore on the retrieved sea surface salinity (SSS). GNSS-R is an interesting tool to help improving the sea state effect correction to reduce the final SSS retrieval error. To demonstrate this idea the Passive Advanced Unit (PAU) project was proposed to the European Scienc Foundation (ESF) under the EURYI 2004 call. The main objective was the study of the direct relationship between the radiometric brightness temperatures and some GNSS-R observables to perform the state correction without using emission/scattering models. Once this goal was successfully addressed, the PAU objectives were broaden including the development of new GNSS-R instruments and techniques, and the study of retrieving geophysical parameters from different surfaces. The present Ph.D. dissertation describes one of the research lines of the the PAU project, undertaken between February 2007 and December 2011, within the Passive Remote Sensing Group of the Remote Sensing Lab, at the Department of Signal Theory and Communications of the Universitat Politènica de Catalunya. The present Ph.D. dissertation focuses on GNSS-R techniques applied to the observation of different types of scattering surfaces (land surfaces: bare soils, vegetation-covered soils, snow-covered soils; inland-water surfaces and ocean surfaces) and the retrieval of different geophysical parameters. Two main GNSS-R techniques have been studied and applied to real data obtained during seven field experiments, the Delay-Doppler Map (DDM) processing technique and the Interference-Pattern Technique (IPT), selecting the one most appropriate to the observed surface. Furthermore, in the context of this Ph.D dissertation a new type of GNSS-R instrument has been developed, being the main tool for the application of the IPT and the retrieval of several geophysical parameters over land and inland-water surfaces. After an introduction on GNSS-R and the PAU-project, the methodology, the instruments and the techniques used to retrieve soil moisture, vegetation height and topography in agricultural areas, snow thickness, water level in reservoirs, and wind speed in ocean surfaces, are described. These retrievals show the potential that these opportunity signals have for monitoring a broad kind of effects. After that, some studies related to space-borne GNSS-R techniques are summarized. Finally a summary of the work performed in this Ph. D. dissertation, the main conclusions and the future work lines are presented. The presented results contribute to promote the use of the GNSS opportunity signals for monitoring geophysical parameters to increase the understanding of the Earth¿s water cycle, and position these techniques as suitable tools that enhance water resources management.

En zone montagneuse, la variabilité des paramètres climatiques, notamment à l'échelle fine, reste mal connue. En effet, les conditions climatiques difficiles rencontrées dans la montagne hivernale ont toujours empêché une instrumentation systématique de la mesure des températures, de l'humidité relative ou encore du vent. Mais depuis l'avènement de la production de neige de culture dans les stations de sport d'hiver, on peut se servir des données météorologiques utilisées dans la gestion des canons à neige pour suivre le comportement de ces paramètres climatiques, grâce à un réseau très dense de sondes et d'anémomètres.<br />Cette thèse vise à exploiter les données obtenues grâce aux potentialités de ce nouveau réseau de mesure au travers des sites d'étude choisis, dans les Alpes françaises en Savoie (Les Menuires, Val Thorens, Aussois et Valloire).<br />Une analyse exploratoire et statistique des données permet de répondre en partie aux problématiques récurrentes de la climatologie hivernale de montagne, concernant notamment l'influence des échelles climatiques supérieures et du relief sur la variabilité spatio-temporelle des températures et du vent à échelle fine.<br />Fondée au préalable sur une classification des types de temps en Savoie, l'étude porte principalement sur le comportement moyen ou horaire des températures et leurs inversions, les gradients thermiques et le rôle des facteurs topographiques et des échelles climatiques sur la variation des paramètres locaux.<br />Un nouveau modèle de l'évolution des brises thermiques hivernales est proposé, avec la découverte de mécanismes encore non identifiés sur les brises catabatiques diurnes. Enfin, nous proposerons des applications concrètes pour la gestion des domaines skiables et de la neige de culture.

Une nouvelle approche, en utilisant un 3D code électromagnétique (PIC), est présentée pour étudier la sensibilité de la magnétosphère de la terre à la variabilité du vent solaire. Commençant par un vent solaire empiétant sur une terre magnétisée, le temps a été laissé au système ainsi une structure d'état d'équilibre de la magnétosphère a été atteinte. Une perturbation impulsive a été appliquée au système par changeant la vitesse du vent solaire pour simuler une dépression en sa pression dynamique, pour zéro, au sud et du nord du champ magnétique interplanétaire(IMF). La perturbation appliquée, un effet de trou d'air qui pourrait être décrit comme espace ~15Re est formé pour tous les cas d'état de IMF. Dès que le trou d'air a frappé le choc d'arc initial de la magnétosphère régulière, une reconnexion entre le champ magnétique de la terre et le IMF sud a été notée à la coté jour magnétopause(MP). Pendant la phase d'expansion du système, la frontière externe de la coté jour du MP a enfoncé quand IMF=0, et pourtant elle sa forme de balle quand un IMF au sud et nordique étaient inclus. La relaxation de temps du MP pour les trois cas de IMF a été étudiée. Le code est alors appliqué pour étudier l'événement d'Halloween de l'octobre 2003. Notre simulation a produit un nouveau genre de trou d'air, un espace raréfié qui a été produit après un gradient fort en IMF d'empiétement. Un tel dispositif est tout à fait semblable aux anomalies chaudes observées d'écoulement et peut avoir la même origine

Le but de cette thèse est de montrer quels peuvent être les apports à l'étude de la dynamique océanique des données de télédétection spatiale dans l'infrarouge proche (1000 nm) et moyen 10000 nm). On présente tout d'abord le rayonnement observé (réflexion, émission). On examine les influences de l'état de la mer et de la présence de l'atmosphère entre l'océan et le capteur ou le soleil sur ce rayonnement. Le chapitre 3 aborde les relations entre les distributions spatiales et superficielles de température et de courant. Le courant peut être estimé à l'aide d'un couple de thermographies, soit par suivi de structures particulières, soit par résolution de l'équation de conservation de la chaleur. Des exemples sont donnés pour le courant Ligure, les tourbillons anticycloniques issus du Gulf Stream et les eaux au large de la côte est des Etats-Unis. Enfin, les densités de variance de température calculées en fonction de l'échelle à partir des thermographies, sont comparées aux spectres d'énergie cinétique résultants de théories de turbulence bidimensionnelle. Le chapitre 4 traite des images d'énergie réfléchie par la surface de la mer à partir desquelles sont dérivés l'état d'agitation de la mer et le champ de vitesse du vent. Grâce à un modèle de distribution statistique des pentes des facettes de vague, on examine le signal parvenant au radiomètre en fonction de l'état de surface et des géométries d'éclairement et d'observation, en s'attachant aux cas des satellites SPOT et Landsat. Par ailleurs, on montre que le champ du module de la vitesse du vent à la surface de la mer peut être calculé, à partir des images AVHRR à 1000 nm et qu'il se compare favorablement au champ obtenu d'après une carte d'isobares de surface. Le chapitre 5 est une application des résultats des chapitres précédents, à la connaissance de la dynamique de la couche superficielle de la mer Ligure. La circulation générale dans ce bassin et ses causes présumées y sont discutées. Les variations, les instabilités *du courant et les dissymétries saisonnières nord-sud de la répartition spatiale de ces instabilités et de leur amplitude sont mises en relief. La conclusion est consacrée à la synthèse des apports de la télédétection à la connaissance du milieu marin mis en évidence par les travaux présentés, synthèse particulièrement illustrée par l'exemple de la mer Ligure.

La synthèse d'une flamme animée dans un environnement 3D virtuel, reste à ce jour une tâche ardue, exigeant de judicieusement balancer réalisme et coût de calcul. Dans ce mémoire, nous présentons un ensemble de techniques pour sa simulation en temps réel tout en modélisant une interaction à des forces externes. Nous désirons minimiser son coût de calcul tout en préservant une apparence convaincante dans l'optique d'une intégration au sein de systèmes existants, n'affectant pas indûment leurs performances. Un champ de vélocité est extrait d'une simulation de ressorts et mis à profit dans le déplacement de chaînes de particules modélisant la forme de la flamme par l'entremise de la paramétrisation d'une surface NURBS. Considérant l'importance qu'ils ont sur notre perception de la combustion, nous prenons également soin de reproduire l'illumination, les ombres, et l'effet d'éblouissement qu'elle engendre. / The synthesis of an open flame in a virtual 3D environment, remains to this day an arduous task, requiring a wise balance between realism and processing cost. In this M. Sc. thesis, we present a set of techniques for its simulation in real time while also modeling the interaction with external forces. Our goal is to minimize the cost while preserving a convincing appearance, thus facilitating integration of the techniques into existing systems without unduly affecting their performance. A velocity field is extracted from a spring-mass simulation which contributes to moving chains of particules that are used in modeling the flame shape through the configuration of a NURBS surface. In light of the importance they have on our perception of combustion, we also take care to duplicate the lighting, shadows and bloom the flame gives rise to. / Vidéos et images des résultats disponible à : http://www.iro.umontreal.ca/labs/infographie/theses/fatnasss/

Le phénomène de jet apparaît couplé à l'accrétion, son rôle et son impact dans le contexte de la formation stellaire et planétaire restent des questions majeures. Nous explorons la possibilité que les jets moléculaires soient issus de vents de disque magnétocentrifuges contenant des grains, et possibilité qu'ils puissent expliquer les composantes larges observées dans les raies H2O avec Herschel/HIFI, ainsi que les observations à haute résolution au VLT. Notre modèle inclut : 1) Une solution MHD auto-similaire de vent de disque. 2) Une chimie ionisée hors équilibre le long des lignes d'écoulement. 3) Un chauffage dominé par la diffusion ambipolaire et une irradiation du gaz par les rayonnements X et UV de l'étoile. 4) Un auto-écrantage de H2 et de CO calculé globalement. 5) Les niveaux ro-vibrationnels et le transfert radiatif associé de H2, CO et H2O calculés hors équilibre. 6) Le pompage infrarouge des niveaux de CO et H2O par les poussières. 7) La projection de la probabilité d'échappement des photons non-isotrope sur la ligne de visée. Pour la première fois, un modèle dynamique de vent de disque permet de faire des prédictions synthétiques dans les raies moléculaires qui sont directement comparables aux observations de proto-étoiles. Nous proposons un outil puissant ouvert aux observations avec ALMA et le VTL.

La surface de neige sur le Plateau Antarctique joue un rôle important dans l'étude du bilan de masse et d'énergie de surface. Ses caractéristiques dépendent des interactions entre les conditions atmosphériques et le haut du manteau neigeux, à travers notamment les précipitations, la redistribution de neige par le vent et le métamorphisme. L'ensemble des aspects de la surface, i.e. le type de cristaux, la rugosité, la densité, l'albédo ..., sont regroupés sous la formule état de surface. L'objectif de cette thèse est l'étude de l'état de surface et de son évolution, en fonction des conditions atmosphériques, à l'aide d'observations in situ et satellite. L'analyse conjointe d'observations in situ, essentiellement à partir de photographies infrarouges de la surface (développement d'un algorithme examinant la texture des images), et satellite, principalement l'émission micro-onde du manteau neigeux (utilisation du rapport de polarisation sensible à la densité proche de la surface), a permis de montrer une dynamique rapide de la surface à Dôme C. En particulier, des périodes où le givre recouvre entièrement la surface sont observées et représentent environ 45% du temps. Cette dynamique est aussi caractérisée par des élévations rapides et importantes de la surface, pouvant être largement supérieures à l'accumulation annuelle moyenne de 8 cm (jusqu'à 20 cm en 2 heures). Le vent est déterminant dans l'évolution de la surface. Plus particulièrement, ces travaux ont montrés l'importance de la direction du vent pour la disparition du givre (perpendiculaire à la direction dominante, i.e. le sud-ouest). Enfin, la corrélation entre présence de givre et rapport de polarisation a permis d'étendre ces résultats sur les 10 années d'observation du satellite et ouvre la voie à la détection des précipitations par télédétection. La modélisation de l'émission micro-onde à 19 et 37 GHz a ensuite été menée à Dôme C à l'aide d'un modèle de transfert radiatif (DMRT-ML). Les propriétés du manteau neigeux (taille des grains, densité et température), utilisées en entrée du modèle, ont été mesurées durant la campagne d'été 2010 - 2011. Les résultats des simulations montrent que la densité de la neige proche de la surface est principalement responsable des variations du rapport de polarisation. Cette densité a ainsi été " inversée " à Dôme C sur 10 ans. Elle montre une tendance pluriannuelle à la baisse de 10 kg m-3 a-1, superposée à un cycle annuel et à des variations journalières / hebdomadaires. La mesure in situ de la densité et l'observation du givre coïncident avec les variations rapides de la densité estimée. L'évolution pluriannuelle conséquente mérite d'être prise en compte pour l'étude du bilan de masse de surface, les causes probables étant une hausse des précipitations ou une baisse de l'intensité du vent. Suivant une méthodologie similaire, l'évolution de la densité de surface a été déduite pour l'ensemble de l'Antarctique. Les variations spatiales mettent en évidence une tendance claire à la diminution de la densité sur une grande région entre Dôme C et Vostok et une région à l'est de Dôme C où elle augmente. À plus grande échelle, le rapport de polarisation moyen montre de grandes variations, signatures de la stratification en densité du manteau neigeux. L'étude de l'altimétrie satellite permettrat de corroborer ces résultats.

Ce travail de thèse porte sur le comportement en vol de drones légers à voilure fixe en présence de vent. Ces dispositifs aériens offrent une transition en douceur de la théorie à la pratique dans le domaine de la commande autonome. En outre, ils fournissent une solution appropriée dans des environnements inaccessibles ou dangereux pour les êtres humains. Cependant, ne pas avoir un pilote humain à bord implique que les UAV reposent sur l'automatisation pour naviguer ou pour éviter les obstacles. De plus, leur vitesse de fonctionnement relativement faible les rend particulièrement affectés par le vent. Motivé par ces considérations, les objectifs de ce travail de recherche visent des résultats théoriques et expérimentaux dans le domaine de la conception de contrôleurs de vol pour les petits drones à voilure fixe de configuration classique permettant le vol stable dans les conditions de vent. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs domaines de recherche sont abordés dans cette thèse comme il suit.Tout d'abord, une étude approfondie sur l'aspect aérodynamique de l'avion est menée afin d'obtenir le modèle mathématique du véhicule en présence de vent. En outre, des modèles qui reproduisent le comportement essentiel du système dans un contexte simplifié sont analysés. Par conséquent, des modèles non linéaires de complexité réduite, qui sont plus simples à analyser et simuler et plus adaptés à la conception de stratégies de contrôle, sont présentés. Deuxièmement, le problème à résoudre est formulé comme un problème de suivi de trajectoire dans lequel le dispositif de commande de vol doit être en mesure de diriger le véhicule le long d'un chemin. Des stratégies de navigation sont élaborées dans le but d'éliminer la déviation de l'avion par rapport à la trajectoire de référence. Le vent est considéré d'abord mesurable par une station au sol et, ensuite, estimé en utilisant une navigation adaptative basée sur la théorie de Lyapunov. La performance de l'algorithme d'estimation est améliorée en utilisant la stratégie de commande basée sur la méthode des fonctions de réglage. Le troisième axe de recherche est la conception et la mise en œuvre d'un dispositif expérimental qui se compose d'une station au sol utilisée pour la visualisation et la commande à distance du drone et d'un pilote automatique embarqué contenant la plate-forme de vol munie d'avionique appropriée.