The Earth's climate is changing. This is a conclusion of the Third Assessment Report published by the International Panel on Climate Change. The increasing concentrations of greenhouse gases and sulphate aerosols alter the energy path through the atmosphere. In the future, a likely consequence of the induced global warming is an increased melting of the Greenland ice sheet. This could lead to abrupt climatic modifications associated with the collapse of the thermohaline circulation in the North Atlantic. To investigate this issue, a coupled model of the climate system has been developed. Most components of this system are taken into account by this model. LMD5, an atmospheric general circulation model originating from the Laboratoire de Météorologie Dynamique in Paris, simulates the atmosphere. CLIO2, an oceanic general circulation model set up at the Institut d'Astronomie et de Géophysique G. Lemaître at the UCL, accounts for the ocean and the sea ice. Finally, GISM is a Greenland ice-sheet model developed at the Vrije Universiteit Brussel (VUB). The atmospheric and oceanic components had already been coupled. A new version has been elaborated during this thesis to enable long-term realistic simulations. To restrain the initial drift, adjustements have been made in atmospheric, oceanic and sea-ice parameters in collaboration with the research teams that set up the models. Other modifications have been performed in the framework of climate change experiments to separately handle greenhouse gases and sulphate aerosols. Finally, LMD5-CLIO2 has been coupled to GISM in collaboration with VUB researchers. Validation of LMD5-CLIO2 implies a 150-year long control simulation under constant 1970 forcings. The validation is twofold: on the one hand, the LMD5-CLIO2 results have been contrasted with observational estimates and on the other hand, these have been compared to other coupled models results. This leads to the conclusions that LMD5-CLIO2 simulates relatively well the present- day climate and that it performs as well as many other coupled models. Two climate change experiments have been carried out using the IPCC SRES B2 scenario. The first one deals with the impact of greenhouse gases and sulphate aerosols on the 21st century climate. The globally averaged warming reaches 2.4°C at the end of the 21st century compared to 1970. The hydrological cycle is amplified: precipitation increases by 3.3 % over the same period. This corroborates the projections of other coupled models. Consequently, it improves our confidence in the LMD5-CLIO2 simulations. The second climate change experiment performed with LMD5-CLIO2-GISM investigates the impact of the Greenland ice-sheet freshwater flux on the North Atlantic thermohaline circulation. To our knowledge, it is the first time that such a complex coupled model is used to analyse this issue. In this simulation, deep convection in the North Atlantic ocean shuts down at the end of the 21st century, which is an unusual result. The strong and abrupt reduction of the intensity of the thermohaline circulation implies significant mainly local modifications of sea ice and of the atmosphere. Cautions should be exercised to this projection. Firstly, LMD5-CLIO2 has deficiencies which probably influence the results. Secondly, modifications of the initial conditions could lead to another projection: such spectacular event not occurring or differences as to when it happens. Consequently, other ensemble simulations should been performed. Thirdly, the current simulation is too short to know if the reduction is temporary or not. Longer experiments are therefore required.

Le but de cette thèse est de relier deux phénomènes relatifs au comportement asymptotique des processus stochastiques, qui jusqu'à présent étaient restés dissociés. La convergence abrupte ou phénomène de cutoff d'une part, et la métastabilité d'autre part. Dans le cas du cutoff, une convergence abrupte vers la mesure d'équilibre du processus a lieu à un instant que l'on peut déterminer, alors que la métastabilité est liée à une grande incertitude sur l'instant où l'on va sortir d'un certain équilibre. On propose un cadre commun pour étudier et comparer les deux phénomènes : celui des chaînes de naissance et de mort à temps discret sur $\mathbb{N}$, avec une dérive vers zéro.<br />On montre que sous l'hypothèse de dérive il y a convergence abrupte vers zéro et métastabilité dans l'autre sens. De plus la dernière excursion dans la métastabilité est la renversée temporelle d'une trajectoire typique de cutoff.<br />On étend notre approche au modèle d'Ehrenfest, ce qui nous permet de montrer la convergence abrupte et la métastabilité sous une hypothèse de dérive plus faible.

Les eaux souterraines constituent 95% de l'eau douce accessible sur le globe. Les rapports de ``UNEP'' prédisent qu'en année 2020, 75% de la population mondiale vivra dans des zones côtières. Ces deux informations nous montrent l'importance des aquifères côtiers qui sont aujourd'hui surexploités. Cette surexploitation conduit à l'aggravation du phénomène naturel de l'intrusion saline. Sa modélisation est nécessaire pour évaluer et prédire l'étendue des zones impactées. Ce travail concerne la modélisation de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli-Liban. Cette ville est sur la mer Méditerranée et dans laquelle habite un huitième de la population libanaise (600,000). Dans cette étude, un modèle mathématique de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli est développé, en se basant sur l'implémentation de l'approche de l'interface abrupte dans ``Freefem++''. Ce modèle fournit principalement la profondeur de l'interface eau douce/eau salée. Les limites du modèle sont exposées et le modèle est validé avec la solution analytique, avec le code de calcul BFSWIM et avec les mesures de terrain où l'erreur quadratique moyenne varie entre 0.1 et 2m. La zone d'étude souffre d'un manque de données nécessaires pour élaborer la modélisation. Pour surmonter ce problème, nous avons eu recours aux mesures piézométriques effectuées par l'``UNDP'' dans des dizaines des puits de pompage dans la zone d'étude. Ces mesures sont utilisées dans un premier temps pour calibrer le flux d'eau douce entrant dans le domaine, puis pour valider le modèle expérimentalement. En plus, des compteurs volumétriques installés dans 38 puits de pompage ont montré que les habitants à Tripoli consomment la double quantité d'eau recommandée par le ministère des ressources en eau au Liban. Quatre scénarios de pompage basés sur le taux de croissance démographique, donné par le ministère des affaires sociales ont été étudiés. La hauteur de l'interface eau douce/eau salée associée à chaque scénario est calculée et comparée avec sa hauteur actuelle. Les résultats montrent que, avec la quantité d'eau pompée actuellement (250 litres par habitant par jour), la zone de pompage sera salinisée dans 20 ans, tandis que le respect des limites proposées par le ministère des ressources en eau (120 litres par habitant par jour) peut protéger l'aquifère à court terme. L'étude de scénario de croissance démographique est ensuite mise dans le contexte de changement climatique prédit dans le rapport du ``GIEC 2014'' pour la zone d'étude. Les évolutions pour les 25 prochaines années et pour trois phénomènes sont ainsi considérées: l'élévation du niveau de la mer, la variation du flux entrant d'eau douce et la variation du taux d'extraction d'eau douce de l'aquifère. La variation du flux entrant est imputée à la variation des régimes de précipitation dans les futures années. La variation de la couverture neigeuse est utilisée comme estimateur indirect pour la calibration du modèle. Le critère d'évaluation choisi est la position de la ligne de niveau 100m de l'interface eau douce/eau salée correspondant à la profondeur maximale des puits de pompage. L'étude montre que cette ligne avancera de 140m dans les 25 prochaines années. Les résultats montrent que l'impact de l'élévation du niveau de la mer (<1%) est très petit en comparaison avec celui de la variation de recharge (45%) et celui du taux d'extraction (54%). / The ground water resources represent 95% of the fresh water available in the world. ``UNEP'' reports predict that, 75% of people will live in coastal cities in 2020. These two informations show that coastal aquifers are essential in the elaboration of a water management strategy. Nowadays, coastal aquifers are subject to an over-exploitation that is leading to the aggravation of seawater intrusion phenomenon. Thus seawater intrusion modelling is necessary to assess and forecast the salinization of coastal aquifers. This work concerns the seawater intrusion modelling in Tripoli aquifer, Lebanon. Tripoli city lies on the Mediterranean coast and is home to one eighth of the Lebanese population (600,000). In this study, a mathematical model of sea water intrusion in Tripoli aquifer has been developed, based on the implementation of the sharp interface approximation in ``Freefem++''. This model provides primarily the depth of the freshwater/saltwater interface. The limitations of the model are exposed and the model is validated against analytic solution, against the numerical code ``BFSWIM'' and against terrain measurements where the root mean square error varies between 0.1 and 2m. The study zone suffers from scarceness of data necessary to elaborate the model. To overcome this problem, we use the piezometric measurements performed by the ``UNDP'' in tens of private wells in the studied zone. At first, we use these measurements to calibrate the flux of freshwater entering in the domain, then to validate experimentally the model. In addition, volumetric meters that have installed in $38$ buildings showed that water consumption through well extraction exceeds the recommendation of the Lebanese ministry of Energy and Water, which is 120 liters per capita per day. Four scenarios of pump basing on demographic growth rate given by the ministry of social affairs have been studied. Seawater intrusion height associated to each scenario has been calculated, then compared with its actual height. The results show that with this pumping rate (250 liters per capita per day), the pumping zone will be salinized within 20 years, while the respect of limitation proposed by the ministry of water resources and Energy can protect the aquifer for short time. This study of demographic growth scenario is then combined with the context of climate change predicted by ``IPCC2014'' and research studies in the region. Assessment of seawater intrusion for the 25 next years has been done, based on the following three phenomena: sea water rise, variation of fresh water flux entering in the domain and variation of freshwater extraction rate from the wells in the aquifer. The variation of snow cover is used as an indirect estimator to calibrate the model. The isocline 100m of saltwater/freshwater interface, which represents the maximal depth of pumping well, has been chosen as a criterion of evolution. Our study shows that this line will move forward about 140 m in the next 25 years leading to the salinization of the aquifer at the position of the pumping wells. The contribution of each parameter is assessed. We estimate that the sea water rise will contribute to less than 1% of this advance while the rate of recharge decrease and the rate of freshwater extraction increase contribute to 45% and 54% respectively of the isocline advance.

Ce mémoire a pour but de déterminer des nouvelles méthodes de détection de rupture et/ou de tendance. Après une brève introduction théorique sur les splines, plusieurs méthodes de détection de rupture existant déjà dans la littérature seront présentées. Puis, de nouvelles méthodes de détection de rupture qui utilisent les splines et la statistique bayésienne seront présentées. De plus, afin de bien comprendre d’où provient la méthode utilisant la statistique bayésienne, une introduction sur la théorie bayésienne sera présentée. À l’aide de simulations, nous effectuerons une comparaison de la puissance de toutes ces méthodes. Toujours en utilisant des simulations, une analyse plus en profondeur de la nouvelle méthode la plus efficace sera effectuée. Ensuite, celle-ci sera appliquée sur des données réelles. Une brève conclusion fera une récapitulation de ce mémoire. / This thesis aims to identify new change-point detection methods and/or trend in temporal data. After a brief theoretical introduction on splines, several existing change-point detection already in the literature will be presented. Then, new change-point detection methods using splines and Bayesian statistics will be presented. Moreover, in order to understand the method using Bayesian statistics, an introduction to Bayesian theory will be presented. Using simulations, we will make a comparison of the power of all these methods. Still using simulations, an analysis of the new most effective method will be performed. Then, this method will be applied to real data. A brief conclusion will make a summary of this thesis.

Les systèmes sédimentaires turbiditiques présentent un double intérêt académique et industriel puisqu’ils constituent à la fois des archives des conditions environnementales et des réservoirs pétroliers potentiels. Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’organisation sédimentaire de ces systèmes l’inclinaison de la pente continentale apparait être un paramètre majeur. L’analyse de l’influence de l’inclinaison de la pente et de ces variations sur l’hydrodynamique des écoulements sédimentaires et ainsi sur l’architecture des systèmes turbiditiques revêt un caractère crucial tant du point de vue académique que pétrolier. Ce travail s’appuie sur l’analyse haute résolution de données acoustiques (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR, sonar latéral) acquises sur la marge abrupte du Golfe de Gênes (Malisar, Fables, Prisme, Gelo) et de l’analyse d’un bloc de sismique 3D sur la marge abrupte Ivoirienne. Les accumulations turbiditiques des deux sites témoignent de processus de ségrégation des particules avec le piégeage des particules les plus grossières dans des structures en plunge pools, cyclic steps ou slope break deposits. L’étude fine de ces corps liés au ressaut hydraulique apporte ici un éclairage inédit sur la continuité des corps sableux à la transition canyon/lobe et permet ainsi de proposer un nouveau scénario de modèle réservoir. De plus l’analyse de ces deux zones d’études met en évidence l’impact direct de l’activité tectonique sur l’architecture des accumulations turbiditiques par la mise en place et le maintien d’une zone de rupture de pente où le phénomène de ressaut hydraulique peut perdurer au cours du temps. / Turbidite systems present both academic and industrial interests since they are archives of environmental conditions and potential oil reservoirs. Among many parameters controlling the sedimentary organization, the continental slope inclination appears to be a major parameter. The analysis of slope inclination’s and these variations on the hydrodynamic of sedimentary flows and thus on turbidite systems architecture is a crucial character for both academic and industrial interests. The Pliocene-Quaternary turbidite systems of the Gulf of Genoa and upper margin of the Ivorian Cretaceous develop on margins with steep slope profiles controlled by tectonic processes and are suitable and complementary items for the Study of turbidite sedimentation in context of abrupt margin. This work is based on the high-resolution analysis of acoustic data (bathymetry, multibeam imaging, seismic THR, sidescan sonar) acquired on the steep margin of the Gulf of Genova (Malisar, Fables, Prism, Gelo) and the analysis of a 3D seismic block on the Ivorian steep margin. Turbidite accumulations of two sites demonstrate particle segregation processes with trapping coarser particles into specific structures such as plunge pools and cyclic steps. The detailed study of these bodies related to hydraulic jump sheds a new light on the continuity of sand bodies in the transition canyon / lobe and allows the designing of a new reservoir model scenario. Further analysis of these two areas of study shows the direct impact of tectonic activity on the architecture of turbidite accumulations by establishing and maintaining a nick area where the phenomenon of hydraulic jump can be maintained over time.

Tunnel à effet de champ (TFET) et un nouveau composant MOS à rétroaction que nous avons nommé le Z2-FET.Le Z2-FET est envisagé pour la logique faible consommation et pour les applications mémoire compatibles avecles technologies CMOS avancées. Nous avons étudié de manière systématique des TFETs avec différents oxydesde grille, matériaux et structures de canal, fabriqués sur silicium sur isolant totalement déserté (FDSOI). Lesmesures de bruit à basse fréquence (LFN) sur TFETs montrent la prédominance d'un signal aléatoiretélégraphique (RTS), qui révèle sans ambiguïté le mécanisme d'effet tunnel. Un modèle analytique combinantl'effet tunnel et le transport dans le canal a été développé, montrant un bon accord entre les résultatsexpérimentaux et les simulations.Nous avons conçu et démontré un nouveau dispositif (Z2-FET, pour pente sous le seuil verticale et zéroionisation par impact), qui présente une commutation extrêmement abrupte (moins de 1 mV par décade decourant), avec un rapport ION / IOFF >109, un large effet de hystérésis et un potentiel de miniaturisation jusqu'à 20nm. La simulation TCAD a été utilisée pour confirmer que la commutation électrique du Z2-FET fonctionne parl'intermédiaire de rétroaction entre les flux des électrons et trous et leurs barrières d'injection respectives. LeZ2-FET est idéalement adapté pour des applications mémoire à un transistor. La mémoire DRAM basée sur leZ2-FET montre des performances très bonnes, avec des tensions d'alimentation jusqu'à 1,1 V, des temps derétention jusqu'à 5,5 s et des vitesses d'accès atteignant 1 ns. Une mémoire SRAM utilisant un seul Z²-FET estégalement démontrée sans nécessité de rafraichissement de l'information stockée.Notre travail sur le courant GIDL intervenant dans les MOSFETs de type FDSOI a été combiné avec leTFET afin de proposer une nouvelle structure de TFETs optimisés, basée sur l'amplification bipolaire du couranttunnel. Les simulations de nouveau dispostif à injection tunnel amélioré par effet bipolaire (BET-FET) montrentdes résultats prometteurs, avec des ION supérierus à 4mA/��m et des pentes sous le seuil SS inférieures à 60mV/dec sur plus de sept décades de courant, surpassant tous les TFETs silicium rapportés à ce jour.La thèse se conclut par les directions de recherche futures dans le domaine des dispositifs à pente sous leseuil abrupte.

Tunnel à effet de champ (TFET) et un nouveau composant MOS à rétroaction que nous avons nommé le Z2-FET.Le Z2-FET est envisagé pour la logique faible consommation et pour les applications mémoire compatibles avecles technologies CMOS avancées. Nous avons étudié de manière systématique des TFETs avec différents oxydesde grille, matériaux et structures de canal, fabriqués sur silicium sur isolant totalement déserté (FDSOI). Lesmesures de bruit à basse fréquence (LFN) sur TFETs montrent la prédominance d'un signal aléatoiretélégraphique (RTS), qui révèle sans ambiguïté le mécanisme d’effet tunnel. Un modèle analytique combinantl’effet tunnel et le transport dans le canal a été développé, montrant un bon accord entre les résultatsexpérimentaux et les simulations.Nous avons conçu et démontré un nouveau dispositif (Z2-FET, pour pente sous le seuil verticale et zéroionisation par impact), qui présente une commutation extrêmement abrupte (moins de 1 mV par décade decourant), avec un rapport ION / IOFF >109, un large effet de hystérésis et un potentiel de miniaturisation jusqu'à 20nm. La simulation TCAD a été utilisée pour confirmer que la commutation électrique du Z2-FET fonctionne parl'intermédiaire de rétroaction entre les flux des électrons et trous et leurs barrières d'injection respectives. LeZ2-FET est idéalement adapté pour des applications mémoire à un transistor. La mémoire DRAM basée sur leZ2-FET montre des performances très bonnes, avec des tensions d'alimentation jusqu'à 1,1 V, des temps derétention jusqu'à 5,5 s et des vitesses d'accès atteignant 1 ns. Une mémoire SRAM utilisant un seul Z²-FET estégalement démontrée sans nécessité de rafraichissement de l’information stockée.Notre travail sur le courant GIDL intervenant dans les MOSFETs de type FDSOI a été combiné avec leTFET afin de proposer une nouvelle structure de TFETs optimisés, basée sur l'amplification bipolaire du couranttunnel. Les simulations de nouveau dispostif à injection tunnel amélioré par effet bipolaire (BET-FET) montrentdes résultats prometteurs, avec des ION supérierus à 4mA/��m et des pentes sous le seuil SS inférieures à 60mV/dec sur plus de sept décades de courant, surpassant tous les TFETs silicium rapportés à ce jour.La thèse se conclut par les directions de recherche futures dans le domaine des dispositifs à pente sous leseuil abrupte. / This thesis is dedicated to studying sharp switching devices, including the tunneling field-effect-transistor(TFET) and a new feedback device we have named the Z2-FET, for low power logic and memory applicationscompatible with modern silicon technology. We have extensively investigated TFETs with various gate oxides,channel materials and structures, fabricated on fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) substrates.Low-frequency noise (LFN) measurements were performed on TFETs, showing the dominance of randomtelegraphy signal (RTS) noise, which reveals the tunneling mechanism. An analytical TFET model combiningtunneling and channel transport has been developed, showing agreement with the experimental and simulationresults.We also conceived and demonstrated a new device named the Z2-FET (for zero subthreshold swing andzero impact ionization), which exhibits extremely sharp switching with subthreshold swing SS < 1 mV/dec,ION/IOFF current ratio reaching 109, gate-controlled hysteresis and scalability down to 20 nm. The Z2-FEToperates with feedback between carriers flow and their injection barriers. The Z2-FET is used for one-transistordynamic random access memory (DRAM) with supply voltage down to 1.1 V, retention time up to 5.5 s andaccess speed reaching 1 ns. The static RAM (SRAM) application is also demonstrated without the need ofrefreshing stored data.Following our work on gate-induced drain leakage (GIDL) current in short-channel FD-SOI MOSFETs andon TFET operating mechanisms, we propose a new class of optimized TFETs with enhanced ION, based on thebipolar amplification of the tunneling current. Simulations of the bipolar-enhanced tunneling FET (BET-FET),combining the TFET with a heterojunction bipolar transistor, show promising results, with ION > 4×10-3 A/��mand SS < 60 mV/dec over 7 decades of current, outperforming all silicon-compatible TFETs reported to date.The thesis concludes with future research directions in the sharp-switching device arena.