Cette thèse porte sur l'analyse bayésienne de données fonctionnelles dans un contexte hydrologique. L'objectif principal est de modéliser des données d'écoulements d'eau d'une manière parcimonieuse tout en reproduisant adéquatement les caractéristiques statistiques de celles-ci. L'analyse de données fonctionnelles nous amène à considérer les séries chronologiques d'écoulements d'eau comme des fonctions à modéliser avec une méthode non paramétrique. Dans un premier temps, les fonctions sont rendues plus homogènes en les synchronisant. Ensuite, disposant d'un échantillon de courbes homogènes, nous procédons à la modélisation de leurs caractéristiques statistiques en faisant appel aux splines de régression bayésiennes dans un cadre probabiliste assez général. Plus spécifiquement, nous étudions une famille de distributions continues, qui inclut celles de la famille exponentielle, de laquelle les observations peuvent provenir. De plus, afin d'avoir un outil de modélisation non paramétrique flexible, nous traitons les noeuds intérieurs, qui définissent les éléments de la base des splines de régression, comme des quantités aléatoires. Nous utilisons alors le MCMC avec sauts réversibles afin d'explorer la distribution a posteriori des noeuds intérieurs. Afin de simplifier cette procédure dans notre contexte général de modélisation, nous considérons des approximations de la distribution marginale des observations, nommément une approximation basée sur le critère d'information de Schwarz et une autre qui fait appel à l'approximation de Laplace. En plus de modéliser la tendance centrale d'un échantillon de courbes, nous proposons aussi une méthodologie pour modéliser simultanément la tendance centrale et la dispersion de ces courbes, et ce dans notre cadre probabiliste général. Finalement, puisque nous étudions une diversité de distributions statistiques au niveau des observations, nous mettons de l'avant une approche afin de déterminer les distributions les plus adéquates pour un échantillon de courbes donné. / This thesis is about Bayesian functional data analysis in hydrology. The main objective is to model water flow data in a parsimonious fashion while still reproducing the statistical features of the data. Functional data analysis leads us to consider the water flow time series as functions to be modelled with a nonparametric method. First, the functions are registered in order to make them more homogeneous. With a more homogeneous sample of curves, we proceed to model their statistical features by relying on Bayesian regression splines in a fairly broad probabilistic framework. More specifically, we study a family of continuous distributions, which include those of the exponential family, from which the data might have arisen. Furthermore, to have a flexible nonparametric modeling tool, we treat the interior knots, which define the basis elements of the regression splines, as random quantities. We then use MCMC with reversible jumps in order to explore the posterior distribution of the interior knots. In order to simplify the procedure in our general modeling context, we consider some approximations for the marginal distribution of the observations, namely one based on the Schwarz information criterion and another which relies on Laplace's approximation. In addition to modeling the central tendency of a sample of curves, we also propose a methodology to simultaneously model the central tendency and the dispersion of the curves in our general probabilistic framework. Finally, since we study several statistical distributions for the observations, we put forward an approach to determine the most adequate distributions for a given sample of curves.

There has been a significant increase in the number of injectable pharmaceutical products over the last decade that have been incorporated into unique delivery systems such as pen injectors, auto-injectors, or pre-filled syringes. The advancement of these delivery systems and the paradigm shift towards administration of injectables in the out-of-hospital or home setting have introduced variables that can affect the bioavailability of injectable drugs and potential pharmacologic outcomes. An approach that allows for the qualitative and quantitative dispersion assessment of an injectable at the moment of tissue deposition coupled with an assessment of systemic exposure parameters could provide substantial information to researchers developing new injectable formulations and associated delivery systems. The overall goal of this research project was to develop an approach for investigating various injection dynamics, more specifically, dispersion dynamics associated with the administration of parenteral pharmaceutical products utilizing delivery technologies designed to deliver drug below the dermis. This was accomplished by first evaluating the safety and usability of computed tomography (CT) scanning as a novel radioimaging approach to assess qualitative and quantitative dispersion parameters in a cadaver study followed by a randomized, controlled, clinical study to assess CT tissue dispersion and the systemic exposure of iohexol, administered subcutaneously by two delivery systems in human volunteers. The primary finding of this work was the demonstration that CT scanning may be combined with a systemic exposure assessment to provide an effective paradigm for investigating dynamics of injectable delivery impacted by a variety of factors, including the choice of delivery system. In this study, iohexol delivered subcutaneously by an auto-injector resulted in notable qualitative and quantitative dispersion differences, including a higher rate of iohexol loss from the extravascular tissue, as well as differences in early plasma exposure as compared to a pre-filled syringe delivery system. The injections and CT scanning were well tolerated with adverse events limited to mild injection site reactions resolving without intervention. This research resulted in a novel local in-vivo(extravascular disappearance), systemic in-vivo(intravascular appearance) correlation approach that could be utilized to assess a wide variety of dynamics associated with injectable drug delivery below the dermis.

Des colloïdes à base de silice et de polystyrène ont été synthétisés. Les particules d’oxyde ont d’abord été élaborées et modifiées en surface, puis ont servi de germes au cours d’une étape de polymérisation du styrène. Deux procédés de polymérisation en phase hétérogène ont été utilisés (émulsion ou dispersion) menant à des colloïdes aux morphologies originales et contrôlées. Une étude morphologique par tomographie électronique a permis de mieux comprendre les mécanismes de croissance et d’organisation des particules de latex autour des germes de silice. La synthèse de particules Janus pour l’imagerie biomédicale est aussi décrite. Ces particules de silice ont été modifiées en surface par un chromophore biphotonique et un agent de reconnaissance de certaines cellules tumorales. Des études spectroscopiques et des tests de cytotoxicité ont été entrepris. / Hybrid colloids based on silica and polystyrene have been synthesized. Oxide particles were first elaborated, surface modified, and then used as seed in a styrene polymerization step. Two heterogeneous polymerisation proceeds were employed (emulsion or dispersion) leading to colloids with original and controlled morphologies. A morphological study by electronic tomography enabled to better understand growth and organisation mechanisms of latexes around silica seeds. Janus particles synthesis for biomedical imaging is also described. Silica particles were surface modified with a biphotonic chromophore and a tumor cells targeting agent. Spectroscopic studies and cytotoxicity tests were investigated.

En cas d’accident impliquant des produits chimiques, il peut être fait appel à des experts pour évaluer les effets générés par cet accident. Ces experts fournissent des distances d’effets à l’aide de modélisations informatiques et sont confrontés à une difficulté majeure : peu d’éléments à leur disposition pour caractériser la situation.L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie permettant de prendre en compte les incertitudes relatives aux données d’entrée dans les modélisations effectuées en situation d’urgence tout en restituant de manière explicite cette incertitude au gestionnaire de la situation d’urgence.Une première phase a consisté à évaluer, pour une situation à même de générer un nuage toxique ou explosible, la dispersion des résultats des modélisations. Il a été établi une hiérarchisation des variables d’entrée en fonction de leur influence sur le résultat final. Cette phase a été réalisée au moyen d’une analyse de sensibilité dont la stratégie a été spécifiquement développée.Une seconde phase a eu pour but d’établir une méthodologie d’estimation des distances d’effets en situation d’urgence en tenant compte du niveau d’incertitude des variables d’entrée. Une méthodologie de classification opérationnelle des données d’entrée a été réalisée. Elle s’appuie sur deux critères : la sensibilité du modèle au paramètre d’entrée et l’incertitude sur sa valeur (imprécision ou variabilité). Sur cette base, une nouvelle manière d’utiliser ces variables a été proposée. Enfin, différentes façons de restituer de manière opérationnelle les résultats des modélisations ont été proposées. / During accidents involving chemicals, experts can be asked to assess the effects generated. These experts provide distance effects using computer modeling and are faced with a major difficulty: little (or no) information available in order to assess the situation.The objective of this thesis is to suggest a methodology able to take into account uncertainties in the input data for the modeling carried out in emergency situations and to return explicitly these uncertainties to the manager of the crisis.A first step was to evaluate, for a given situation generating a toxic or flammable cloud, the dispersion of modeling results. A ranking of the input variables according to their influence on the final result was established. This phase was carried out on the basis of a sensitivity analysis with a specifically developed strategy.A second phase aimed to establish a methodology for estimating distance effects (in crisis situations), which takes into account the level of uncertainty in the input variables. A methodology for the classification of input operational data was carried out. This methodology is based on two criteria: the sensitivity of the model to the input parameter and the uncertainty about its value (imprecision or variability). On this basis, a new way of using these variables was suggested. Finally, several methods aimed to restore explicitly the results of this modeling were suggested.

La dispersion dans des milieux poreux homogènes (empilements de grains) a été étudiée par des mesures par résonance magnétique nucléaire (RMN) et des simulations de marches aléatoires dans un réseau de pores. La RMN permet de mesurer l’ensemble des déplacements des molécules d’eau durant un temps tΔ, et d’obtenir propagateurs et moments caractéristiques. L’évolution temporelle du second moment σ (σ2 ∝ taΔ) permet de caractériser de manière précise le régime de dispersion des molécules (Gaussien ou anormal). Des mesures pour des écoulements de 15 < Pe < 45 dans un empilement de grains de 30μm ont permis d’observer une dispersion anormale faiblement super-dispersive (a = 1.17) en écoulement saturé et une augmentation progressive du caractère super-dispersif avec la diminution de la saturation en eau (jusqu’à a = 1.5 pour 42 %)lors d’une co-injection stationnaire eau-huile. En écoulement saturé, les propagateurs et courbes de percée sont quasi-gaussiennes, tandis qu’en écoulement insaturé, les propagateurs sont asymétriques et les courbes de percée présentent des trainées aux grands temps. Dans ces conditions, on montre que la dispersion anormale observée est mieux décrite par des lois stables de Lévy que par des lois gaussiennes. Des simulations de marche aléatoire ont été réalisées dans un réseau de pores extrait d’un milieu poreux réel par imagerie microscanner.Elles permettent d’obtenir les mêmes informations que la RMN, les marcheurs se déplaçant par advection et diffusion. Ces simulations montrent l’existence d’une stagnation non observée dans les expériences, montrant que la simplification du réseau poreux est trop importante et empêche de reproduire certains aspects du champ de vitesses détecté par la RMN. Toutefois, l’évolution temporelle du second moment a également un caractère super-dispersif à temps long à 100 % de saturation / We investigated dispersion in homogeneous porous media (grain packs) by nuclear magnetic resonance (NMR) measurements and random walk simulations in pore networks. We measured water molecules displacements during a time interval tΔ by NMR measurements, which allows us to obtain propagators and charateristic cumulants of displacements such as the mean square displacement σ. The evolution of the cumulant σ as a function of time tΔ (σ2 ∝ taΔ) is a very sensitive test of Gaussian behaviour compared to the analysis of the shape of propagators. In a homogeneous 30μm grain pack and low Peclet numbers (15 < Pe < 45), we observed weak super dispersion in saturated conditions (a = 1.17) and gradually stronger super-dispersionas the water saturation decreases (up to a = 1.5 for 42 %) during steady-state oil-water two phase flow. Insaturated conditions, propagators and breakthrough curves are Gaussian or nearly Gaussian, whereas in two phase conditions, propagators are non symmetric and breakthrough curves show thick tails at long time. Weshow that the anomalous dispersion observed is better explained by Lévy stable laws (asymetric for longitudina ldispersion, and symetric for transverse dispersion) than by Gaussian laws. Random walk simulations were performed in a pore network constructed using high resolution images of the grain pack. They allow us to obtain the same informations than the NMR, with walkers submitted to diffusive and advective effects. The simulations show the existence of an anomalous stagnation not observed in experiments, highlighting the oversimplification of the pore network that prevent reproducing some aspects of the velocity field detected by NMR. However, the simulations indicate similarly a super-dispersion at long time in saturated conditions

Les processus érosifs constituent la cause majeure des ruptures des ouvrages hydrauliques comme les digues ou les barrages en terre. Ils touchent également de nombreux ouvrages comme les remblais d'infrastructure de transport ou les fondations de piles de ponts. Les phénomènes d'érosion sont des processus complexes qui dépendent de multiples paramètres. Il est donc indispensable de les caractériser au travers d'essais dédiés. Deux mécanismes principaux d'érosion sont généralement distingués sur les ouvrages linéaires en terre : l'érosion interne et la surverse. La dispersivité du sol est également un facteur important dans ces processus. Le présent travail étudie ces phénomènes à l'aide de trois dispositifs expérimentaux : l'essai d'érosion de trou (HET « Hole Erosion Test ») qui étudie l'agrandissement d'un canal circulaire par analogie à l'érosion interne (érosion de conduit), l'érodimètre à jets mobiles (MoJET « Mobile Jets Erosion Test ») qui érode la surface du sol par des jets perpendiculaires avec des analogies à l'érosion de surface et l'essai d'émiettage amélioré (ECT « Enhanced Crumb Test ») qui évalue le potentiel de désagrégation d'une texture de sol en absence de sollicitation mécanique. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à développer et améliorer ces trois dispositifs expérimentaux, leur protocole d'essai ainsi que leur interprétation pour une application plus pertinente sur les ouvrages. Ainsi, pour le HET, une nouvelle méthode d'interprétation indépendante de l'hydraulique de l'écoulement est proposée. Le dispositif a également été adapté pour réaliser des essais sur des éprouvettes peu perturbées et les plages de sollicitations ont été étendues pour rendre l'essai à la fois applicable sur des sols très résistants et sur des sédiments très sensibles à l'érosion. Le dispositif de MoJET a été utilisé pour effectuer des campagnes d'essais sur ouvrages pilotes avec un mode opératoire révisé. Enfin, le dispositif d'essai d'émiettage a été amélioré pour effectuer un suivi temporel quantitatif de la désagrégation du sol dans l'eau et un protocole a été défini pour la réalisation d'essais sur les sols reconstitués ou prélevés. Dans une seconde partie, les différentes méthodes d'expérimentation ont été appliquées sur deux études pratiques. La première étude porte sur l'utilisation de chaux pour traiter les sols utilisés dans les ouvrages hydrauliques. Nous montrons au travers de campagnes d'essais en laboratoire et sur ouvrages pilotes que l'utilisation d'un tel traitement diminue considérablement la sensibilité à l'érosion des sols traités. La seconde étude porte sur l'influence de la salinité de l'eau (environnante ou constitutive du sol) sur les phénomènes d'érosion et de dispersion. L'utilisation des différents essais a permis de discuter l'influence de plusieurs paramètres et de caractériser le comportement des sols face aux différents aspects des processus érosifs / Erosion Erosion processes are the major cause of failures in hydraulic earthworks such as levees and earth dams. They affect as well many structures including transport infrastructure embankments or foundations of bridge piers. Erosion phenomena are complex processes depending on multiple parameters. It is therefore essential to characterize them through direct measurements. Two principal mechanisms of erosion are generally distinguished on earthworks: internal erosion and overtopping. Dispersivity of the soil is also an important factor in these processes. The present work studies these phenomena using three experimental devices: the Hole Erosion Test (HET), which examines the enlargement of a circular channel simulating internal erosion (piping), the Mobile Jets Erosion Test (MoJET) that erodes the by jets perpendicularly to soil surface by analogy to surface erosion and the Enhanced Crumb Test (ECT) which quantifies the disintegration potential of a soil texture in the absence of mechanical loads. In the first part, we were interested in developing and improving these three experimental devices, their testing protocol and interpretation methods for a more relevant application on earthworks. Thus, for the HET, a new interpretation method independent of the hydraulic flow is proposed. The device has also been adapted to perform tests on undisturbed soil samples and the ranges of stresses have been extended to make the test applicable from highly sensitive sediments to highly resistant soils. The MoJET device was used to perform series of tests on problematic earthworks with a revised procedure. At last, the Crumb Test has been enhanced to perform quantitative monitoring of disaggregation of soil specimens in water and a protocol has been defined for conducting tests on reconstituted or undisturbed soil specimens. In the second part, the different test methods were applied to two practical studies. The first study focuses on the application of lime treatment to hydraulic earthworks. It has been found through series of tests in the laboratory and on experimental earthworks that the application of such treatment technique reduces significantly the sensitivity to erosion of soils. The second study examined the influence of water salinity (pore water or eroding/permeant water) on erosion and dispersion. The use of different tests led to discuss the influence of several parameters and characterize the behavior of soils in various aspects of erosion processes

Les Loricariinae appartiennent à la famille des poissons-chats néotropicaux cuirassés Loricariidae, la famille de poissons-chats la plus riche en espèce au monde, et se caractérisent par un pédoncule caudal long et aplati et par l’absence de nageoire adipeuse. Préalablement aux études évolutives réalisées, une phylogénie exhaustive et robuste a été établie sur la base de données mitochondriales et nucléaires. Cette phylogénie a ensuite été utilisée dans des analyses multivariées et multi-tableaux afin de révéler les principales tendances évolutives de la sous-famille. La phylogénie obtenue indique que la tribu Harttiini forme un groupe paraphylétique et est restreinte à trois genres, et que dans la tribu Loricariini, deux sous-tribus soeurs se distinguent, les Farlowellina et les Loricariina, chacune présentant des patterns évolutifs complexes. Plusieurs nouveaux taxa ont aussi été mis en évidence et décrits. En utilisant la phylogénie comme outil exploratoire, nous avons démontré : (1) avec l’analyse de co-inertie que les caractères diagnostiques fournis pour définir les différents genres étaient sous dépendance phylogénétique ; (2) avec l’analyse de co-inertie multiple que les forces évolutives sous-jacentes dirigeant leur diversification incluaient des composantes intraphénotypiques (morphologie et génétique) et extraphénotypique (écologie et distribution) ; (3) avec l’analyse RLQ que des évènements de co-dispersion entre espèces codistribuées avaient eu lieu et étaient responsables de la distribution actuelle des espèces ; et (4) avec l’analyse de patterns multi-échelles que la co-évolution des traits liés aux caractéristiques de la bouche était liée à des fonctions reproductrices responsables d’une évolution tertiaire de cet organe. / The Loricariinae belong to the Neotropical mailed catfish family Loricariidae, the mostspeciose catfish family in the world, and are united by a long and flattened caudal peduncle and the absence of an adipose fin. Despite numerous works conducted on this group, no phylogeny is presently available. Prior to conduct evolutionary studies, an exhaustive and robust phylogeny was reconstructed using mitochondrial and nuclear data. Then, this phylogeny was used in multivariate and multi-table analyses to reveal the main evolutionary trends of the subfamily. The resulting phylogeny indicated that the Harttiini tribe, as classically defined, formed a paraphyletic assemblage and was restricted to three genera, and within the Loricariini tribe, two sister subtribes were distinguished, Farlowellina and Loricariina, both displaying complex evolutionary patterns. In addition several new taxa were highlighted and described. Subsequently using this phylogeny as exploratory tool, we demonstrated: (1) using co-inertia analysis that the diagnostic features provided to define the different genera were phylogenetically dependent; (2) using multiple co-inertia analysis that the underlying evolutionary forces shaping their diversification included intraphenotypic (morphology and genetics) and extraphenotypic (ecology and distribution) components; (3) using the RLQ analysis that co-dispersion events occurred between co-distributed species responsible for the current fish distribution; and (4) using the multi-scale pattern analysis that the co-evolution in traits related to the mouth characteristics was linked to reproductive functions responsible for a tertiary evolution of this organ.

La polyaniline est un polymère conducteur intrinsèque aux potentialités indéniables dans le domaine de la micro-électronique. Elle allie la légèreté, le faible coût et la modularité des polymères avec les propriétés de conduction électrique des métaux. La mise à profit de ce mélange de propriétés à l’échelle industrielle nécessite une maitrise des procédés de mise en œuvre de la polyaniline, notamment sous forme de film polymère, domaine où il y a encore un manque de maitrise. Pour y remédier, il faudrait tout d’abord comprendre l’influence de chaque paramètre de mise en œuvre sur les propriétés de conduction du film de polyaniline. Pour cela, nous avons choisi une polyaniline plast-dopée commerciale à l’état de dispersion et avons fait une étude paramétrique sur l’effet du type de solvant utilisé pour la dispersion ainsi que celui de la température d’évaporation de celui-ci lors du dépôt du film. Deux types d’études ont été menés : la première porte sur les propriétés rhéologiques et diélectriques des dispersions de polyaniline et la seconde sur les propriétés structurales et de conduction des films. A travers la première étude, nous avons pu montré que lors du chauffage des dispersions de polyaniline, celles-ci subissaient une transition structurale liquide-liquide du second ordre dont les paramètres varient avec le type du solvant utilisé. A travers la seconde étude, nous avons aussi mis en évidence que les films déposés dans les domaines avoisinant la température transition de phase dans les mélanges liquides sont les moins conducteurs et les moins cristallisés. Selon le type de solvant choisi, deux mécanismes de conduction ont été trouvés : les sauts à portées variables tridimensionnel (VRH 3D), pour le cas de la série de films issus de la dispersion dans l’acide dichloroacétique et déplacement par effet tunnel induit par les fluctuations thermiques (FIT) pour la série de films issus de la dispersion dans le mélange acide dichloroacétique / acide formique. Il en ressort finalement que pour obtenir un film de polyaniline plast-dopée ayant la conductivité la plus élevée, il faut appliquer les conditions expérimentales qui permettent d’obtenir un degré de cristallinité élevé (298 K pour PANI/DCAA). / The purpose of this study is to perform polyaniline films with the highest conductivity. The effect of the solvent type and the casting temperature on the electrical properties of plastdoped polyaniline dispersions and films were investigated. For this purpose, rheological and dielectric investigations have been undertaken for dispersions of plast-doped polyaniline in two different solvents (dichloroacetic acid and formic acid / dichloroacetic acid mixture). Changes appearing above a certain temperature, 318K for PANI/DCAA and 313K for PANI/DCAA-FA, for both rheological dielectric and rheological parameters revealed the existence of a second order liquid-liquid structural transition occurring in the polyaniline organic dispersions. We also investigated the effect of the selected processing parameters on the film properties. We found that the DC conductivity mechanism is governed by Mott’s three-dimensional variable range hopping (3D VRH) model for PANI/DCAA films and by a fluctuation induced tunnelling model (FIT) for PANI/DCAA-FA films. Besides, the films cast at temperatures around the second order liquid-liquid structural transition temperature of polyaniline dispersions lead to the lowest conductivity and crystallinity, regardless of the solvent type used. A qualitative correlation was also found between the conductivity and the crystallinity of the polyaniline films. So, in order to obtain films with the highest electric conductivities, we have to apply experimental conditions leading to the highest crystallinity (298 K for PANI/DCAA).

Cette thèse vise à caractériser la dynamique stochastique hors-équilibre de particules browniennes sous l’effet de confinement. Ce confinement est appliqué ici par des potentiels attractifs ou des frontières imperméables créant des barrières entropiques. Dans un premier temps, nous regardons la dispersion de particules sans interactions dans les milieux hétérogènes. Un nuage de particules browniennes s’étale au cours du temps sans atteindre la distribution d’équilibre de Boltzmann, et son étalement est alors caractérisé par une diffusivité effective inférieure à la diffusivité microscopique. Dans un premier chapitre, nous nous intéressons au lien entre la géométrie de confinement et la dispersion dans le cas particulier des microcanaux périodiques. Pour cela, nous calculons la diffusivité effective sans hypothèse de réduction de dimensionnalité, contrairement à l’approche standard dite de Fick-Jacobs. Une classification des différents régimes de dispersion est alors réalisée, pour toute géométrie autant pour les canaux continus que discontinus. Dans un second chapitre, nous étendons cette analyse à la dispersion dans les réseaux périodiques d’obstacles sphériques attractifs à courte portée. La présence d’un potentiel attractif peut, de manière surprenante, augmenter la dispersion. Nous quantifions cet effet dans le régime dilué, et montrons alors son optimisation pour plusieurs potentiels ainsi que pour une diffusion médiée par la surface des sphères. Ensuite, nous étudions la dynamique stochastique de particules browniennes dans un piège optique en présence d’une force non conservative créée par la pression de radiation du laser. L’expression perturbative des courants stationnaires, décrivant les vortex browniens, est dérivée pour les basses pressions en conservant le terme inertiel dans l’équation de Langevin sous-amortie. L’expression de la densité spectrale est également calculée permettant d’observer les anisotropies du piège et les effets de la force non conservative.La plupart des expressions analytiques obtenues durant cette thèse sont asymptotiquement exactes et vérifiées par des analyses numériques basées sur l’intégration de l’équation de Langevin ou la résolution d’équation aux dérivées partielles. / This thesis aims to characterize the out-of-equilibrium stochastic dynamics of Brownian particles under the effectof confinement. This confinement is applied here by attractive potentials or impermeable boundaries creatingentropic barriers. First, we look at the dispersion of particles without interaction in heterogeneous media. Acloud of Brownian particles spreads over time without reaching the Boltzmann equilibrium distribution, andits spreading is then characterized by an effective diffusivity lower than the microscopic diffusivity. In a firstchapter, we are interested in the link between the confinement geometry and the dispersion in the particularcase of periodic microchannels. For this, we calculate the effective diffusivity without dimensionality reductionassumption, instead of the standard Fick-Jacobs’ approach. A classification of the different dispersion regimesis then performed for any geometry for both continuous and discontinuous channels. In a second chapter, weextend this analysis to dispersion in periodic networks of short-range attractive spherical obstacles. The presenceof an attractive potential can surprisingly increase the dispersion. We quantify this effect in the dilute regimeand then show its optimization for several potentials as well as for diffusion mediated by the surface of thespheres. Later, we study the stochastic dynamics of Brownian particles in an optical trap in the presence ofa non-conservative force created by the radiation pressure of the laser. The perturbative expression of thestationary currents describing Brownian vortices is derived for the low pressures keeping the inertial term in theunderdamped Langevin equation. The expression of the power spectrum density is also calculated to observe thetrap anisotropies and the effects of the non-conservative force. Most of analytical expressions obtained duringthis thesis are asymptotically exact and verified by numerical analysis based on the integration of the Langevinequation or the resolution of partial differential equation.

La surveillance de la qualité de l'air est actuellement effectuée avec des mesures de concentration et à partir d'outils de modélisation de la dispersion atmosphérique. Ces modèles numériques évaluent les concentrations des polluants avec une résolution spatio-temporelle plus fine que les mesures. Néanmoins, les estimations fournies par ces modèles sont moins précises que les mesures. Dans ce projet de recherche, nous avons étudié les approches de couplage d'échelles et d'assimilation de données pour améliorer les estimations fournies par le modèle de dispersion atmosphérique SIRANE, dédié à l'échelle urbaine. L'approche de couplage d'échelles consiste à déterminer les conditions aux limites d'une simulation à partir d'une autre simulation à plus grande échelle. Au cours de ce travail de thèse, nous avons analysé trois méthodes afin de coupler le modèle urbain SIRANE et le modèle à méso-échelle CHIMERE. Cette étude montre que ces méthodes permettent potentiellement d'estimer la qualité de l'air à l'échelle urbaine de manière plus satisfaisante que les modèles à méso-échelle (utilisés seuls). Cependant, elles n'améliorent pas forcément la modélisation des conditions aux limites d'une simulation à l'échelle urbaine et les estimations fournies par celles-ci. Cela est a priori lié au fait que les estimations fournies par le modèle CHIMERE ne sont pas suffisamment satisfaisantes sur notre cas d'étude. Il est néanmoins possible que ces méthodes améliorent les résultats à l'échelle urbaine en utilisant une simulation à l'échelle régionale de meilleure qualité. L'approche d'assimilation de données consiste à combiner les mesures et les données modélisées afin de déterminer la meilleure estimation de l'état d'un système. Durant cette thèse, nous avons étudié trois méthodes d'assimilation de données : la méthode de débiaisement, la méthode que nous avons nommée modulation de la contribution des sources et la méthode Best Linear Unbiased Estimator. Cette étude indique que ces méthodes permettent globalement d'améliorer les estimations fournies par le modèle SIRANE. L'étude de sensibilité vis-à-vis du nombre de mesures utilisées lors de l'assimilation de données indique qu'en général, plus ce nombre est élevé plus les résultats sont satisfaisants. Enfin, les résultats montrent que les performances statistiques associées à ces trois méthodes d'assimilation de données sont globalement comparables entre elles sur notre cas d'étude. / Air quality monitoring is currently carried out with concentration measurements and with atmospheric dispersion modeling tools. These numerical models evaluate pollutant concentrations with a finer spatio-temporal resolution than measurements. Nevertheless, the estimates provided by these models are less accurate than measurements. In this research project, we studied multiscale coupling and data assimilation approaches to improve the estimates provided by the SIRANE atmospheric dispersion model, dedicated to the urban scale. The multiscale coupling approach consists in determining the boundary conditions of a simulation from another simulation on a larger scale. In this thesis work, we analyzed three methods for coupling the SIRANE model with the CHIMERE mesoscale model. This study shows that these methods can potentially estimate the air quality at the urban scale more satisfactorily than the mesoscale models (used alone). However, they do not necessarily improve the modeling of the boundary conditions of a simulation at the urban scale and the estimates provided by them. This is a priori due to the fact that the estimates provided by the CHIMERE model are not sufficiently good on our case study. It is possible, however, that these methods improve the results at the urban scale by using a better simulation at the regional scale. The data assimilation approach consists of combining the measurements and the modelled data to determine the best estimate of the system state. During this thesis, we studied three data assimilation methods : the unbiased method, the method that we called source apportionment modulation, and the Best Linear Unbiased Estimator method. This study indicates that these methods generally improve the estimates provided by the SIRANE model. The sensitivity study on the number of measurements used during the data assimilation indicates that, in general, higher is this number, more satisfactory are the results. Finally, the results show that the statistical performances associated with these three data assimilation methods are globally comparable on our case study.