Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’évaluation du risque d’accélération de flamme en situation accidentelle. La méthodologie développée dans le cadre de l’évaluation du risque hydrogène dans l’industrie nucléaire a permis de proposer un critère permettant d’évaluer le risque d’accélération des flammes de prémélange hydrogène/air/diluants, sur la base des propriétés du mélange. L’objectif de cette étude est l’acquisition de données fondamentales relatives aux mélanges gaz naturel/air et gaz de synthèse/air puis l’extension de la méthodologie appliquée aux mélanges hydrogène/air à ces mélanges. Ainsi, trois mélanges gazeux ont été choisis et ont fait l’objet de cette étude. Il s’agit du G27 (82%CH4/18%N2), du G222 (77%CH4/23%H2), et du H2/CO (50%H2/50%CO). Au cours de ce travail les limites d’inflammabilités des mélanges ont été déterminées pour une température initiale de 300 K et une pression de 1 et 2 bars. Les vitesses fondamentales de flamme et les longueurs de Markstein ont été mesurées à différentes températures initiales (300, 330 et 360 K) et à deux pressions initiales (1 et 2 bar) pour chacun des mélanges. Une modélisation cinétique de la vitesse de flamme a été réalisée et a permis l’évaluation de l’énergie d’activation globale sur la base du modèle cinétique présentant le meilleur accord avec l’expérience. La propension des mélanges a s’accélérer fortement en présence d’obstacles a ensuite été caractérisée au cours de l’étude de l’accélération de flamme. Cette étude de l’accélération de flamme a permis de mettre en évidence que différents critères d’accélération s’appliquent selon que la flamme soit stable ou pas. Un critère permettant de prédire l’accélération de flamme a été proposée dans les deux cas. / The context of the current study is the assessment of the occurrence of flame acceleration in accidental situations. The methodology developed for the assessment of hydrogen hazard in the nuclear industry led to the definition of a criterion for the prediction of the acceleration potential of a hydrogen/air/dilutant mixture based on its properties. This study aims to extend this methodology to gaseous mixtures that can be encountered in the classical industry. Therefore, three mixtures were chosen: the first two are representatives of a natural gas/air mixture: G27 (82%CH4/18%N2) and G222 (77%CH4/23%H2). The third one is a H2/CO (50%H2/50%CO) mixture and represents the Syngas. During this work, flammability limits were measured at 300 K and two initial pressures (1 and 2 bar) for each mixture. Fundamental flame speeds and Markstein lengths were also measured at three initial temperatures (300, 330, 360 K) and 2 initial pressures (1 and 2 bar) for each mixtures. A kinetic modeling was performed based on three detailed kinetic models and allowed the calculation of the global activation energy on the basis of the kinetic model which showed the best agreement with the experimental data. The acceleration potential for each mixture in presence of obstacles has then been investigated. It was found that different criteria were to be applied depending on whether the flame is stable or not. A predicting criterion was proposed in both case.

Les applications de calcul haute-performance (HPC) nécessitent des capacités de calcul conséquentes, qui sont généralement atteintes à l'aide de fermes de serveurs au détriment de la consommation énergétique d'une telle solution. L'accélération d'applications sur des plateformes hétérogènes, comme par exemple des FPGA ou des GPU, permet de réduire la consommation énergétique et correspond donc à un compromis architectural plus séduisant. Elle s'accompagne cependant d'un changement de paradigme de programmation et les plateformes hétérogènes sont plus complexes à prendre en main pour des experts logiciels. C'est particulièrement le cas des développeurs de produits financiers en finance quantitative. De plus, les applications financières évoluent continuellement pour s'adapter aux demandes législatives et concurrentielles du domaine, ce qui renforce les contraintes de programmabilité de solutions d'accélérations. Dans ce contexte, l'utilisation de flots haut-niveaux tels que la synthèse haut-niveau (HLS) pour programmer des accélérateurs FPGA n'est pas suffisante. Une approche spécifique au domaine peut fournir une réponse à la demande en performance, sans que la programmabilité d'applications accélérées ne soit compromise.Nous proposons dans cette thèse une approche de conception haut-niveau reposant sur le standard de programmation hétérogène OpenCL. Cette approche repose notamment sur la nouvelle implémentation d'OpenCL pour FPGA introduite récemment par Altera. Quatre contributions principales sont apportées : (1) une étude initiale d'intégration de c'urs de calculs matériels à une librairie logicielle de calcul financier (QuantLib), (2) une exploration d'architectures et de leur performances respectives, ainsi que la conception d'une architecture dédiée pour l'évaluation d'option américaine et l'évaluation de volatilité implicite à partir d'un flot haut-niveau de conception, (3) la caractérisation détaillée d'une plateforme Altera OpenCL, des opérateurs élémentaires, des surcouches de contrôle et des liens de communication qui la compose, (4) une proposition d'un flot de compilation spécifique au domaine financier, reposant sur cette dernière caractérisation, ainsi que sur une description des applications financières considérées, à savoir l'évaluation d'options. / The need for resources in High Performance Computing (HPC) is generally met by scaling up server farms, to the detriment of the energy consumption of such a solution. Accelerating HPC application on heterogeneous platforms, such as FPGAs or GPUs, offers a better architectural compromise as they can reduce the energy consumption of a deployed system. Therefore, a change of programming paradigm is needed to support this heterogeneous acceleration, which trickles down to an increased level of programming complexity tackled by software experts. This is most notably the case for developers in quantitative finance. Applications in this field are constantly evolving and increasing in complexity to stay competitive and comply with legislative changes. This puts even more pressure on the programmability of acceleration solutions. In this context, the use of high-level development and design flows, such as High-Level Synthesis (HLS) for programming FPGAs, is not enough. A domain-specific approach can help to reach performance requirements, without impairing the programmability of accelerated applications.We propose in this thesis a high-level design approach that relies on OpenCL, as a heterogeneous programming standard. More precisely, a recent implementation of OpenCL for Altera FPGA is used. In this context, four main contributions are proposed in this thesis: (1) an initial study of the integration of hardware computing cores to a software library for quantitative finance (QuantLib), (2) an exploration of different architectures and their respective performances, as well as the design of a dedicated architecture for the pricing of American options and their implied volatility, based on a high-level design flow, (3) a detailed characterization of an Altera OpenCL platform, from elemental operators, memory accesses, control overlays, and up to the communication links it is made of, (4) a proposed compilation flow that is specific to the quantitative finance domain, and relying on the aforementioned characterization and on the description of the considered financial applications (option pricing).

Dans cet article, nous proposons une nouvelle bibliothèque de techniques non linéaires pour accélérer l’équation de transport en ordonnées discrètes. Deux nouveaux types de méthodes d'accélération non linéaire appelées méthode de rééquilibrage spatialement variable (SVRM) et accélération de matrice de réponse (RMA), respectivement, sont proposées et étudiées. La première méthode, SVRM, est basée sur le calcul de la variation spatiale de premier ordre de l'équation de la balance des neutrons. RMA, est une méthode DP0 qui utilise la connaissance de l'opérateur de transport pour former une relation cohérente. Deux variantes distinctes de RMA, appelées respectivement Explicit-RMA (E-RMA) et Balance (B-RMA), sont dérivées. Les propriétés de convergence des deux méthodes d'accélération sont étudiées pour deux schémas d'itération différents de l'opérateur de transport de la méthode des caractéristiques (MOC) pour une dalle 1D, en utilisant une analyse spectrale et une analyse de Fourier. Sur la base des résultats de la comparaison 1D, seuls les outils RMA et CMFD ont été implémentés dans la bibliothèque. Les performances de RMA sont comparées à celles de CMFD en utilisant les tests 3D C5G7, ZPPR et UH12. Les schémas de résolution parallèles et séquentiels sont considérés. L'analyse des résultats indique que les deux variantes de RMA ont une efficacité et une stabilité améliorées par rapport au CMFD, pour les matériaux à diffusion optique. De plus, le RMA montre une amélioration importante de la stabilité et de l'efficacité lorsque la géométrie est décomposée spatialement. Pour obtenir des performances numériques optimales, une combinaison de RMA et de CMFD est suggérée. Une enquête plus approfondie sur l'utilisation et l'amélioration de la RMA est proposée. De plus, de nombreuses idées pour étendre les fonctionnalités de la bibliothèque sont présentées. / In this paper we propose a new library of non-linear techniques for accelerating the discrete-ordinates transport equation. Two new types of nonlinear acceleration methods called Spatially Variant Rebalancing Method (SVRM) and Response Matrix Acceleration (RMA), respectively, are proposed and investigated. The first method, SVRM, is based on the computation of the zeroth and first order spatial variation of the neutron balance equation. RMA, is a DP0 method that uses knowledge of the transport operator to form a consistent relationship. Two distinct variants of RMA, called Explicit-RMA (E-RMA) and Balance (B-RMA), respectively, are derived. The convergence properties of both acceleration methods are investigated for two different iteration schemes of the method of characteristics (MOC) transport operator for a 1D slab, using spectral and Fourier analysis. Based off the results of the 1D comparison, only RMA and CMFD were implemented in the library. The performance of RMA is compared to CMFD using the C5G7, ZPPR, and UH12 3D benchmarks. Both parallel and sequential solving schemes are considered. Analysis of the results indicates that both variants of RMA have improved effectiveness and stability relative to CMFD, for optically diffusive materials. Moreover, RMA shows great improvement in stability and effectiveness when the geometry is spatially decomposed. To achieve optimal numerical performance, a combination of RMA and CMFD is suggested. Further investigation into the use and improvement of RMA is proposed. As well, many ideas for extending the features of the library are presented.

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Avec l'avènement de machine parallèles multi-coeurs, de nombreux algorithmes doivent être modifiés ou conçus pour s'adapter à ces architectures. Ces algorithmes consistent pour la plupart à diviser le problème original en plusieurs petits sous-problèmes et à les distribuer sur les différentes unités de calcul disponibles. La résolution de ces petits sous-problèmes peut être exécutée en parallèle, des communications entre les unités de calcul étant indispensables pour assurer la convergence de ces méthodes.Ma thèse propose de nouveaux algorithmes parallèles pour résoudre de grands systèmes linéaires.Les algorithmes proposés sont ici basés sur la méthode du gradient. Deux points fondamentaux de la méthode du gradient sont la direction de descente de la solution approchée et la valeur du pas de descente, qui détermine la modification à effectuer à chaque itération. Nous proposons dans cette thèse de calculer la direction et le pas indépendamment et localement sur chaque unité de calcul, ce qui nécessite moins de synchronisation entre les processeurs, et par suite rend chaque itération simple et plus rapide, et rend son extension dans un contexte asynchrone possible.Avec les paramètres d'échelle appropriés pour le pas des longueurs, la convergence peut être démontrée pour les deux versions synchrone et asynchrone des algorithmes. De nombreux tests numériques illustrent l’efficacité de ces méthodes.L'autre partie de ma thèse propose d'utiliser une méthode d'extrapolation pour accélérer les méthodes itératives classiques avec retard. Bien que les séquences de vecteur générées par des méthodes itératives asynchrones générales classiques ne peut être accélérée, nous sommes en mesure de démontrer que, une fois le modèle de calcul et de communication fixés au cours de l’exécution, la séquence de vecteurs générés peut être accéléré. De nombreux tests numériques illustrent l’efficacité de ces accélérations dans le cas des méthodes avec retard. / With the increase of architectures composed of multi-cores, many algorithms need to revisited and be modified to exploit the power of these new architectures. These algorithms divide the original problem into “small pieces” and distribute these pieces to different processors at disposal, thus communications among them are indispensible to assure the convergence. My thesis mainly focus on solving large sparse systems of linear equations in parallel with new methods. These methods are based on the gradient methods. Two key parameters of the gradient methods are descent direction and step-length of descent for each iteration. Our methods compute the directions locally, which requires less synchronization and computation, leading to faster iterations and make easy asynchronization possible. Convergence can be proved in both synchronized or asynchronized cases. Numerical tests demonstrate the efficiency of these methods. The other part of my thesis deal with the acceleration of the vector sequences generated by classical iterative algorithms. Though general chaotic sequences may not be accelerated, it is possible to prove that with any fixed retard pattern, then the generated sequence can be accelerated. Different numerical tests demonstrate its efficiency.

Mémoire en recherche-création / Ce mémoire de recherche-création a comme objectif de mieux comprendre les perceptions qu’ont les journalistes sur leur travail quotidien à l’ère numérique. Plus précisément, on tente de comprendre comment ces perceptions ont évolué depuis l’intégration des nouvelles technologies, comme Internet et les réseaux sociaux, au sein des entreprises médiatiques dans les 10 dernières années. En s’inspirant du concept d’accélération sociale d’Harmut Rosa, nous voulions examiner comment l’immédiateté conditionne quotidiennement les perceptions des journalistes sur les pratiques journalistiques. Pour l’illustrer, nous avons interviewé huit journalistes canadiens issus des quatre médiums différents – la télévision, la radio, la presse écrite et le web. D’autres facteurs comme l’âge, l’expérience de travail et le genre ont été pris en considération dans le processus de sélection des participants afin d’obtenir différentes perspectives sur le phénomène à l’étude. Ainsi, les journalistes participants ont été questionnés sur leurs façons de travailler et sur leur production, mais aussi sur leur rythme de travail, leur rapport au temps, l’intégration des technologies dans leur travail et les impacts de celles-ci. Les résultats, présentés sous forme de mise en abîme du journalisme, montrent que les journalistes ont l’impression qu’ils travaillent plus, travaillent plus vite, ont plus de pression, sont plus autonomes et multitâches, mais aussi que l’évolution des méthodes de travail a des répercussions sur la qualité de l’information. Ces sujets sont tous abordés dans les articles d’analyse rédigés pour le site web (Annexe 1) qui a été créé pour la partie créative de ce mémoire. Pour en arriver à ces résultats, nous avons opté pour une analyse thématique. Bien entendu, le faible échantillon de l’étude ne permet en aucun temps de proposer des généralités en la matière. Malgré cela, le nombre d’éléments communs dans chacune des entrevues démontre un raisonnement qui porte à croire que le travail des journalistes a bel et bien évolué depuis le début de l’ère numérique. / This research-creation dissertation aims to better understand the perception that journalists have on the daily work in the digital age. More specifically, we try to understand how these perceptions have evolved since the integration of new technologies, such as the Internet and social networks, within media companies in the last 10 years. Drawing on Harmut Rosa's concept of social acceleration, we wanted to examine how immediacy conditions the perceptions that the press workers have on journalistic practices on a daily basis. To demonstrate this, we interviewed eight Canadian journalists from four different media - television, radio, print and the web. Other factors such as age, work experience and gender were taken into consideration in the selection process of participants in order to gain different perspectives on the phenomenon under study. Thus, the participating journalists were questioned about their ways of working and their production, but also about their pace of work, their relationship to time, the integration of technologies into their work and the impacts of these on their work. The results, presented in the form of a news website, show that journalists are under the impression that they work more, work faster, are under more pressure, are more autonomous and required to multitask, but also that the evolution of working methods has repercussions on the quality of the news. These topics are all covered in the articles written for the website (Appendix 1) that was created for the creative part of this dissertation. To get to these results, we opted for a thematic analysis. Of course, the small sample of the study does not at any time allow us to offer generalities in this area. Despite this, the number of common elements in each of the interviews demonstrates reasoning that suggests that the work of journalists has indeed evolved since the onset of the digital age.

En 2015, j’ai mené une enquête de terrain sur les routes de Compostelle. Inspiré de l’héritage théorique de Victor Turner, l’extraquotidienneté liminaire du pèlerinage de Compostelle est envisagé comme voie d’accès pour comprendre le quotidien normal des pèlerins. Le choix d’étudier l’extraquotidienneté se justifie par son rapport d’interdépendance à l’égard du quotidien. En effet, le pèlerinage est un état de passage où se joue une crise qui tire son origine au sein même du quotidien normal. À la suite des entrevues et observations menées, un dénominateur commun semble caractériser l’expérience pèlerine : l’impression de se sentir « ici et maintenant ». L’impressionnante recrudescence de l’affluence pèlerine sur les routes jacquaires, à une époque où les rites se sécularisent et s’individualisent, soulève deux interrogations déterminantes. Si les rites sont effectivement des soupapes de sécurité de la structure sociale quotidienne, de quelle crise témoigne cette recrudescence? De plus, quels attraits propres au pèlerinage de Saint-Jacques-de-Compostelle justifient un accroissement marqué de son affluence? Dans ce mémoire, il est démontré les conditions selon lesquelles le pèlerinage de Compostelle s’établit en tant qu’anti-structure extraquotidienne. Je trace ensuite le portrait des étapes que franchissent les pèlerins qui entament le périple : la séparation, la crise, l’adaptation et la communitas. Nous verrons que ledit sentiment de présence témoigne de l’atteinte du seuil de la communitas. Afin d’expliquer le sentiment de présence, j’ai recours au concept de flow élaboré par Csikszentmihalyi. Selon Csikszentmihalyi, l’expérience du flow s’accompagne d’une impression d’être présent « ici et maintenant ». Nous verrons que l’expérience extraquotidienne du pèlerinage favorise le flow. À l’opposé, je défends la thèse selon laquelle les processus au cœur de l’accélération sociale font obstacle au flow, notamment : l’incessante obsolescence des pratiques et savoirs à l’ère de l’information et l’altération des perceptions induite par les technologies, et particulièrement le numérique. / In 2015, I conducted fieldwork on St. James Way. As is demonstrated by Victor Turner’s theoretical work, it is this paper’s belief that liminal phenomena, that are manifested during rites of passage such as St. James Way, provide precious insight into the daily life from which it arises from, namely, social structure. The study of extraordinary temporality here is justified thus, by its interdependence to daily life. In fact, liminal phenomena are known to frame crises in daily life. Results of the fieldwork conducted on St. James Way’s extraordinary temporality led to the observation that the impression of ‘being in the moment’ is a prevalent theme amongst pilgrims. The impressive upsurge of pilgrims walking the paths to Santiago, at a time of secularization and individualization, raises questions. If rites of passage are indeed mechanism acting like pressure releasing valve, to which crisis do they owe this surge? Secondly, which aspects of this pilgrimage explain its current appeal? First, it will be argued that St. James Way’s pilgrimage establishes itself as an anti-structure, or put otherwise, an extraordinary temporality. For the purpose of this demonstration, an overview of the stages pilgrims go through will be presented, namely: separation, crisis, adaptation and communitas. Furthermore, we will see that the impression of being in the moment marks the threshold of the communitas. To explain this ‘impression’, this paper invokes a psychological perspective that St. James Way delivers a proper experience of flow. According to Csikszentmihalyi, the flow is known to trigger a feeling of ‘being in the moment’. On the contrary, this research supports the thesis that the structure of daily life fails to deliver an equally optimal experience. Therefore, this paper investigates the processes through which the society of acceleration hinders the experience of flow. Among these processes, emphasis is given here to the impending obsolescence of knowledge in the age of information technology and the altered perception induced by technologies, more specifically, digital devices.

De part ses nombreuses applications scientifiques et sociétales comme la radiographie protonique ou encore la protonthérapie, l’accélération d’ions par laser suscite un grand intérêt. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre et présente une étude de l’interaction d’une impulsion laser d’intensité relativiste avec un plasma de densité modérée. Dans ce régime, le plasma est transparent à l’onde laser et les électrons oscillent à des vitesses relativistes dans le champ de l’onde incidente. Ces conditions sont favorables à un transfert efficace de l’énergie laser vers le plasma, et donc sont intéressantes pour l’accélération d’ions par laser. Ce régime permet également la création de solitons électromagnétiques et acoustiques dont les mécanismes de formation et les propriétés nécessitent une meilleur compréhension. Nous réalisons une étude détaillée de simulations Particle-In-Cell (réalisées avec le code OCEAN) de l’interaction d’une impulsion laser intense avec un plasma sous dense. Nous montrons que la diffusion Raman stimulée (SRS) dans le régime relativiste est le principal processus responsable de l’absorption de l’énergie laser par le plasma et qu’il est, en outre, très efficace puisqu’il permet de transférer près de 70 % de l’énergie de l’impulsion laser aux électrons. Cette instabilité apparaît dans des plasmas dont la densité est nettement supérieure à la densité quart-critique du fait de la diminution de la fréquence plasma électronique et se développe sur des temps très courts. Il permet ainsi un chauffage homogène des électrons tout le long de la propagation de l’impulsion laser à travers le plasma. Ces électrons participent à la détente du plasma, et créent sur ses bords raids un champ électrostatique permettant l’accélération des ions. Ces derniers gagnent 30 % de l’énergie laser initiale. Nous avons aussi développé un modèle simple qui permet de prédire et donc d’optimiser le taux de rétro-diffusion du plasma du fait du développement de l’instabilité SRS. Nous nous intéressons également à la séquence des processus permettant la formation des cavités électromagnétiques. Cette analyse souligne le rôle joué par l’instabilité modulationnelle ou de Benjamin-Feir sur le front de l’impulsion laser qui est divisée en un train de plusieurs solitons électromagnétiques. À l’aide d’une étude détaillée, nous montrons que ces solitons excitent des ondes plasmas dans leur sillage en se propageant dans le plasma, perdent de l’énergie et finissent par être piégés. Ils forment également des dépressions (cavités) des densités électroniques et ioniques du plasma. Ces cavités sont des pièges pour les champs électromagnétiques rayonnés par le plasma (par exemple du fait de l’instabilité SRS) et survivent grâce à un équilibre entre la pression de radiation des champs piégés et les pressions cinétiques électroniques à leurs bords. Ces cavités absorbent une part importante de l’énergie laser mais elles n’en conservent qu’une partie sous forme d’énergie électromagnétique piégée. Le reste de l’énergie permet l’expansion de la cavité, la génération de solitons acoustiques supersoniques et l’accélération de particules. / The laser-accelerated ions draw an increasing interest due to their potential applications and to their unique properties. This manuscript presents a study of the interaction between a relativistic intense laser pulse and a low density plasma. In this regime, the plasma is transparent to the laser pulse and electrons oscillate with relativistic velocities in the field of the incident wave. These conditions make the transfer of the laser pulse energy to the plasma efficient, and therefore are interesting for the ion acceleration. This regime generates also electromagnetic and acoustic solitons whose formation mechanisms and properties need to be better understood. We carry out a detailed analysis of Particle-In-Cell simulations (performed with the code OCEAN) of interaction of an intense laser pulse with a low density plasma.We show that the stimulated Raman scattering (SRS) is the main mechanism responsible for the absorption of laser energy in plasma. This process is very efficient : it leads to the transfer of 70 % of the laser pulse energy to electrons. This instability occurs in plasmas with a density larger than the quarter critical one due to the decrease of the electron plasma frequency and develops in a very short time scale. It leads to an homogeneous electron heating all along the distance of propagation of the laser pulse through the plasma. The ions are efficiently accelerated at the plasma edges and can get nearly 30%of the initial laser energy. This study is accompanied by a simple analytical model which is able to predict and so optimize the laser backscattering fraction due to the development of the SRS instability. We also present a sequence of stages which lead to the formation of electromagnetic cavities. This analysis highlights the role of the modulationnal or Benjamin-Feir instability in the front of the laser pulse, which is split in a train of electromagnetic solitons. Our detailed study shows that these solitons excite plasmas waves in their wake, lose energy and are finally trapped in the plasma. They lead to the formation of density depressions (cavities) which may trap the electromagnetic fields produced in the plasma (by the SRS instability, for example). These structures may survive for a long time thanks to an equilibrium of the trapped field radiation pressure and the electronic kinetic pressure at their borders. These cavities absorb an significant part of the laser energy but only a part of it is trapped inside. The remaining part is invested in the cavity expansion, generation of acoustic solitons and acceleration of charged particles.

L’interaction d’une impulsion laser, courte (~ 10 - 100 fs) et ultra-intense (> 10^18 W/cm²), avec un plasma sous-dense (< 10^19 cm^-3) peut accélérer, de manière compacte, une fraction des électrons du plasma jusqu’à des énergies relativistes (~ 100 - 300MeV). Ce phénomène, nommé accélération plasma par sillage laser (APSL), pourrait avoir de nombreuses applications telles que le futur collisionneur d’électrons a ultra-hautes énergies. Cependant, cela requiert au préalable des développements supplémentaires afin que l’APSL produise des paquets d’électrons stables et reproductibles avec une excellente qualité, c’est-à-dire de faibles émittances longitudinale et transverses.Au cours de cette thèse, une étude expérimentale de la stabilité et de la reproductibilité des paquets d’électrons auto-injectes a été réalisée dans des tubes capillaires diélectriques, de longueur 8-20mm et de rayon interne 76-89 µm, contenant du H2 pur a une densité électronique de (10 +/- 1, 5)x10^18 cm^-3. Des paquets d’électrons auto-injectes ont été produits, a une cadence de deux tirs par minute, avec une charge accélérée au-delà de 40 MeV de (66+/-7) pC, une énergie moyenne de (65+/-6) MeV, une divergence de (9+/-1) mrad et une fluctuation de pointe de 2,3 mrad. Trois sources de fluctuations et de dérives des propriétés des paquets d’électrons ont été discutées : dérive d’énergie laser, modification du gradient montant de densité électronique et fluctuations du pointé laser. Des contraintes sur le régime de fonctionnement ont été proposées afin d’améliorer la stabilité et la reproductibilité de la source laser-plasma d’électrons.Un mécanisme alternatif d’injection d’électrons dans l’onde de plasma a également été examiné : l’injection induite par ionisation. Une étude expérimentale a montré que les paquets d’électrons accélérés dans un mélange de 99%H2 + 1%N2 ont une charge deux fois plus importante qu’en présence de H2 pur. De plus, une injection plus précoce a été observée pour le mélange de 99%H2 + 1%N2, indiquant que les premiers électrons sont captures selon le mécanisme d’injection induite par ionisation. Une étude complémentaire, utilisant des simulations Particle-In-Cell avec le code WARP, confirment les résultats expérimentaux et suggèrent que l’auto-injection est supprimée par l’injection induite par ionisation. / The interaction of a short (~ 10 - 100 fs) and ultra-intense (> 10^18 W/cm²) laser pulse with an underdense (< 10^19 cm^-3) plasma can accelerate, in a compact way, a fraction of the electrons of the plasma toward relativistic energies (~ 100 - 300MeV). This mechanism, called laser wakefield acceleration (LWFA), might have various applications such as the future ultra-high energy electron collider. Prior to this, additional investigations are needed to ensure, through LWFA, a stable and reproducible generation of electron bunches of high quality, i.e. low transverse and longitudinal emittances.In this thesis, the stability and the reproducibility of the electron self-injection were experimentally investigated in 8-20mm long, dielectric capillary tubes, with an internal radius of 76-89 µm, and filled with pure H2 at an electronic density of de (10 +/- 1.5)x10^18 cm^-3. Electron bunches were produced, at a rate of two shots per minute, with an accelerated charge above 40 MeV of (66+/-7) pC, a mean energy of (65+/-6) MeV, a divergence of (9+/-1) mrad, and a pointing fluctuation of 2.3 mrad. Three sources were identified for the fluctuations and drifts of the electron bunch properties: laser energy drift, change of the electron number density upramp, and laser pointing fluctuations. Restrictions on the operating regime were proposed in order to improve the stability and the reproducibility of the laser-plasma electron source.An alternative mechanism of electron injection into the plasma wave was also investigated: the ionization-induced injection. An experimental study demonstrated that electron bunches generated in a mixture of 99%H2 + 1%N2 have twice more accelerated charge than in the case of pure H2. Moreover, the earlier onset of electron injection was observed for the mixture 99%H2 + 1%N2, indicating that the first electrons were trapped under the mechanism of ionization-induced injection. Particle-In-Cell simulations performed with the code WARP confirm the experimental results and suggest that the self-injection was inhibited by the ionization-induced injection.

Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’accélération de particules fluides et inertielles en déplacement dans une turbulence soumise à un gradient de vitesse moyen. L’objectif est de récupérer des données de référence afin de développer des modèles LES stochastiques pour la prédiction de l’accélération de sous-maille et l’accélération de particules inertielles dans des conditions inhomogènes. La modélisation de l’accélération de sous-maille est effectuée à l’aide de l’approche LES-SSAM introduite par Sabel’nikov, Chtab et Gorokhovski[EPJB 80:177]. L’accélération est modélisée à l’aide de deux modèles stochastiques indépendants : un processus log-normal d’Ornstein-Uhlenbeck pour la norme d’accélération et un processus stochastique Ornstein-Uhlenbeck basé sur le calcul de Stratonovich pour les composantes du vecteur d’orientation de l’accélération. L’approche est utilisée pour la simulation de particules fluides et inertielles dans le cas d’une turbulence homogène isotrope et dans un cisaillement homogène. Les résultats montrent une amélioration des statistiques à petites échelles par rapport aux LES classiques. La modélisation de l’accélération des particules inertielles dans le cisaillement homogène est effectuée avec l’approche LES-STRIP introduite par Gorokhovski et Zamansky[PRF 3:034602] et est modélisée avec deux modèles stochastiques indépendants de manière similaire à l’accélération de sous-maille. Nos calculs montrent une amélioration de l’accélération et de la vitesse des particules lorsque le modèle STRIP est utilisé. Enfin dans une dernière partie, nous présentons une équation pour décrire la dynamique de particules ponctuelles de taille supérieure à l’échelle de Kolmogorov dans une turbulence homogène isotrope calculée par DNS. Les résultats sont comparés avec l’expérience et montrent que cette description reproduit bien les propriétés dynamiques des particules. / The main objective of this thesis is to study the acceleration of fluid and inertial particles moving in a turbulent flow under the influence of a homogeneous shear in order to develop LES stochastic models that predict subgrid acceleration of the flow and acceleration of inertial particles. Subgrid acceleration modelisation is done in the framework of the LES-SSAM approach which was introduced by Sabel’nikov, Chtab and Gorokhovski[EPJB 80:177]. Acceleration is predicted with two independant stochastic models : a log-normal Ornstein-Uhlenbeck process for the norm of acceleration and an Ornstein-Uhlenbeck process expressed in the sense of Stratonovich calculus for the components of the acceleration orientation vector. The approach is used to simulate fluid and inertial particles moving in a homogeneous isotropic turbulence and in a homogeneous sheared turbulence. Our results show that small scales statistics of particles are better predicted in comparison with classical LES approach. Modelling of inertial particles acceleration is done in the framework of the LES-STRIP which was introduced by Gorokhovski and Zamansky[PRF 3:034602] with two independant stochastic models in a similar way to the subgrid fluid acceleration. Computations of inertial particles in the homogeneous shear flow present good predicitons of the particles acceleration and velocity when STRIP model is used. In the last chapter, we present an equation to describe the dynamic of point-like particles which size is larger than the Kolmogorov scale moving in a homogeneous isotropic turbulence computed by direct numerical simulation. Results are compared with experiments and indicate that this description reproduces well the properties of the particles dynamic.