Les sols argileux peuvent présenter des variations importantes de volume lors d’un changement hydrique, tel une période de sécheresse. Ce phénomène de retrait-gonflement des sols argileux est à l’origine de nombreux préjudices aux bâtis ce qui le situe, après les inondations, au second rang des aléas naturels français en matière de coût des dommages : 5 milliard d’euros entre 1988 et 2007. Les maisons individuelles sont les plus touchées par ce phénomène qui provoque un tassement différentiel du bâti à l’origine de sa dégradation (fissures dans les éléments de maçonnerie non armée en particulier). L’objectif de cette thèse est d’étudier la vulnérabilité des bâtis vis-à-vis de l’aléa retrait-gonflement à travers une analyse de l’interaction sol-structure. Ce travail s’est porté sur les trois grands volets suivants : 1 - le comportement hydromécanique des sols argileux, 2 - l’interaction sol-structure, 3 - l’évaluation des dommages structuraux. Le comportement hydromécanique des sols argileux a été modélisé par le concept de surface d’état et intégré dans un modèle d’interaction sol-structure inspiré du modèle de Winkler, avec des approches de plus en plus complexes : cas unidimensionnel tout d’abord, 2D ensuite en assimilant la structure à une poutre, puis en 3D en représentant la structure par une plaque. Ces modèles d’interaction sol-structure permettent de calculer la déflexion relative d’un bâti, en fonction d’une valeur de succion imposée et des propriétés mécaniques ou hydromécaniques de la structure et du sol d’assise. La déflexion relative du bâti est alors comparée à des valeurs seuils afin d’évaluer le dommage.La dernière partie de cette thèse consiste en une étude de faisabilité pour le développement de courbes de vulnérabilités adaptées à la problématique du retrait gonflement. Ces courbes représentent la moyenne des dommages d’un type de bâti conçu sur un type de sol gonflant pour une valeur de succion imposée. Ces courbes ont été développées à partir d’une typologie des sols gonflants et d’une typologie des bâtis issue des bases de données des maisons sinistrées. La moyenne des dommages est calculée par la méthode de Monte-Carlo, en prenant en compte la variabilité des paramètres du bâti. / Clayey soils can present large volumetric deformations in response of water content change. This phenomenon of shrinkage and swelling of clayey soils is recognized as a costly natural hazard throughout the world. In France, this cost is reported between 1988 and 2007 to 5 million Euros, ranking in second class of the French natural hazards in terms of cost of damage after the floods. The individual masonry buildings with shallow foundations are the most affected by this phenomenon that causes a differential settlement of the building leading to cracks in facades and structural elements, especially in unreinforced masonry elements.The objective of this thesis was to study the vulnerability of the building, against the shrink-swell hazard through an analysis of soil-structure interaction. This work was focused on three major points: - Hydro-mechanical behavior of clay soils - Soil-structure interaction - Evaluation of structural damage.The hydro-mechanical behavior of clay soils was considered by the concept of state surface and integrated into a soil-structure interaction model, based on the Winkler model, with increasingly complex approaches: 1D, 2D and 3D by modeling the building behavior respectively by a spring system, the beam element and the plate element. These models of soil-structure interaction are able to calculate the relative deflection of the building, according to the values of imposed suction, mechanical properties of the structure and hydro-mechanical properties of the soil. The relative deflection of the building is then compared to threshold values of the classical damage categories to assess the building damage.Finally a feasibility study was conducted on the development of vulnerability curves adapted to the problem of shrinkage – swelling of clayey soils. These curves represent the average of structural damage versus suction, for each type of building. These curves were developed based on a classification of expansive soils and a building typology outcome from databases of affected buildings. The average damage is calculated by the Monte-Carlo method, taking into account the variability of the building parameters.

Le recalage des images du cerveau vise à réduire la variabilité anatomique entre les differentes sujets, et à créer un espace commun pour l'analyse de groupe. Les approches multi-modales essaient de minimiser les variations de forme du cortex et des structures internes telles que des faisceaux de fibres nerveuses. Ces approches nécessitent une identification préalable de ces structures, ce qui s'avère une tâche difficile en l'absence d'un atlas complet de référence. Nous proposons une extension de l'algorithme de recalage difféomorphe des Démons pour recaler conjointement des images et des faisceaux de fibres. Dans cette thèse, nous analysons différentes représentations des faisceaux de fibres comme une séquence de points, un nuage de points, les courants et les mesures. Différentes distances sont analysées et étudiées dans l'algorithme de recalage. Pour simplifier la représentation de la matière blanche nous utilisons et étendons les algorithmes de classification existants. En étendant le recalage d'images afin d'ajouter des descripteurs de la géométrie des fibres nerveuses, nous espérons améliorer les futures analyses concernant les matières grise et blanche. Nous avons démontré l'efficacité de notre algorithme en recalant conjointement des images anatomiques pondérées en T1 et des faisceaux de fibres. Nous avons comparé nos résultats à des approches concurrentes, l'une multimodale s'appuyant sur l'anisotropie fractionnaire et la pondération T1, l'autre sur les tenseurs de diffusion, et obtenu de meilleures performances à l'aide de notre algorithme. Enfin, nous mettons en évidence sur des études de groupe en IRMf que notre méthodologie et notre implémentation apportent un gain en sensibilité de détection des activations cérébrales. / Brain image registration aims at reducing anatomical variability across subjects to create a common space for group analysis. Multi-modal approaches intend to minimize cortex shape variations along with internal structures, such as fiber bundles. These approaches require prior identification of the structures, which remains a challenging task in the absence of a complete reference atlas. We propose an extension of the Diffeomorphic Demons image registration to jointly register images and fiber bundles. In this thesis we analyze differents representations of the fiber bundles such as ordered points, clouds of points, Currents and Measures. Different distances are analyzed and implemented into the registration algorithm. To simplify white matter representation we also analyze, use and extend existing clustering algorithms. By extending the image registration to include geometric fiber bundles descriptors we hope to improve future analyses regarding both, grey and white matter. We demonstrate the efficacy of our algorithm by registering simultaneously T1 images and fiber bundles and compare results with a multi-modal T1+Fractional Anisotropy (FA) and a tensor-based registration algorithms and obtain superior performance with our approach. We provide preliminary evidence that our implementation improves the sensitivity of activation detection in fMRI group studies.

La problématique récente de la conception de métamatériaux a renouvelé l'intérêt dans les théories de l'homogénéisation en régime dynamique. En particulier, la théorie de l'homogénéisation élastodynamique initiée par J.R. Willis a reçu une attention particulière suite à des travaux sur l'invisibilité élastique. La présente thèse reformule la théorie de Willis dans le cas des milieux périodiques, examine ses implications et évalue sa pertinence physique au sens de quelques ``conditions d'homogénéisabilité'' qui sont suggérées. En se basant sur les résultats de cette première partie, des développements asymptotiques approximatifs de la théorie de Willis sont explorés en relation avec les théories à gradient. Une condition nécessaire de convergence montre alors que toutes les branches optiques de la courbe de dispersion sont omises quand des développements asymptotiques de Taylor de basse fréquence et de longue longueur d'onde sont déployés. Enfin, une nouvelle théorie de l'homogénéisation est proposée. On montre qu'elle généralise la théorie de Willis et qu'elle l'améliore en moyenne fréquence de sorte qu'on retrouve certaines branches optiques omises auparavant. On montre également que le milieu homogène effectif défini par la nouvelle théorie est un milieu généralisé dont les champs satisfont une version élastodynamique généralisée du lemme de Hill-Mandel / The recent issue of metamaterials design has renewed the interest in homogenization theories under dynamic loadings. In particular, the elastodynamic homogenization theory initiated by J.R. Willis has gained special attention while studying elastic cloaking. The present thesis reformulates Willis theory for periodic media, investigates its outcome and assesses its physical suitability in the sense of a few suggested ``homogenizability conditions''. Based on the results of this first part, approximate asymptotic expansions of Willis theory are explored in connection with strain-gradient media. A necessary convergence condition then shows that all optical dispersion branches are lost when long-wavelength low-frequency Taylor asymptotic expansions are carried out. Finally, a new homogenization theory is proposed to generalize Willis theory and improve it at finite frequencies in such a way that selected optical branches, formerly lost, are recovered. It is also proven that the outcome of the new theory is an effective homogeneous generalized continuum satisfying a generalized elastodynamic version of Hill-Mandel lemma

Un problème fondamental en géométrie algorithmique est celui du calcul de la topologie d'une courbe plane donnée par son équation implicite. Ce problème peut être vu comme celui du calcul d'un graphe qui approche la courbe et qui possède la même topologie que cette dernière. Une étape importante dans les algorithmes calculant la topologie d'une courbe plane concerne le calcul des points singuliers et points extrêmes (en x) de celle-ci. Ce problème se ramène naturellement à celui de la résolution de systèmes bivariés définis par la courbe et ses dérivées par rapport aux variables qui la définissent. Cette thèse porte sur l'étude, l'élaboration et l'implantation d'algorithmes robustes et efficaces pour la résolution de systèmes définis par des polynômes en deux variables à coefficients entiers. Plus précisément, nous nous somme intéressé au calcul d'une Représentation Univariée Rationnelle des solutions. Une telle représentation est constitué d'un polynôme univarié et de deux fonctions rationnelles qui envois les racines du polynôme univarié sur les coordonnées des points solutions du système. Nous présentons dans un premier temps un algorithme théorique pour calculer la RUR d'un système bivarié qui améliore la meilleure borne de complexité connue d'un facteur d^2, ou d désigne le degré des polynômes de départ, et qui permet d'obtenir une nouvelle borne sur la taille des polynômes de cette RUR. Dans un second temps, nous présentons un algorithme de calcul de RUR efficace en pratique. Cet algorithme, basé sur certain choix aléatoires et sur l'utilisation du calcul multi-modulaire est probabiliste. Nous en présentons une première version Monte-Carlo, puis nous montrons comment tester la correction du résultat ce qui fourni un algorithme Las-Vegas. Cet algorithme est efficace à la fois en théorie et en pratique à en juger par l'analyse de complexité en moyenne et les nombreux tests effectués / A fundamental problem in computational geometry is the computation of the topology of an algebraic plane curve given by its implicit equation, that is, the computation of a graph lines that approximates the curve while preserving its topology. A critical step in many algorithms computing the topology of a plane curve is the computation of the set of singular and extreme points (wrt x) of this curve, which is equivalent to the computation of the solutions of bivariate systems defined by the curve and some of its partial derivatives. In this presentation, we study form theoretical and practical perspectives the problem of solving systems of bivariate polynomials with integer coefficients. More precisely, we investigate the computation of a Rational Univariate Representation (RUR) of the solutions of a bivariate system, that is, a one-to-one mapping that sends the roots of a univariate polynomial to the solutions of the bivariate system. We first present a theoretical algorithm for computing the RUR of a bivariate system that improves the best complexity bound for this problem by a factor d^2 where d denote the degree of the input polynomials and allows to derive a new bound on the size of the polynomials of the RUR. We then present an algorithm for computing a RUR that is efficient in practice. This algorithm, based on some random choices and the use of multi-modular computation is probabilistic. We first present a Monte-Carlo variante of this algorithm, and then show how to transforme the latter into a Las-Vegas algorithm by checking the result for correctness. The complexity analysis as well as the experiment we performed show the efficiency of this algorithm

Les tentatives récentes d’explication des liens entre l’économique et l’environnement ont permis de mettre en chantier de nouveaux domaines de recherches à priori, forts intéressants. La question globale qui se pose aux villes de l’Afrique Sub-saharienne est de savoir comment les autorités peuvent gérer de façon durable les déchets ménagers qui ne cessent de croître. Cette thèse aborde cette question au travers deux préoccupations importantes. Bien que la gestion des déchets ménagers ait été confiée à des acteurs privés, l’efficacité attendue n’est pas obtenue. En mobilisant les éléments de la théorie des externalités et de la théorie des contrats, nous avons montré que pour une intervention des acteurs privés dans le secteur des déchets ménagers soit efficace, il faut que les deux acteurs (municipalité et acteurs privés) puissent se mettre en rapport pour surmonter les difficultés relatives à l’asymétrie d’information et au comportement opportuniste qui risquent de faire obstacle à l’échange. La deuxième préoccupation concerne la responsabilisation des ménages quant aux déchets qu’ils produisent. Les études empiriques menées montrent d’une part qu’une tarification incitative dans les quartiers de haut et moyen standing permettra à la fois à la municipalité de mobiliser des ressources financières supplémentaires pour financer le service et d’autre part de réduire le volume des déchets destiné à la décharge finale. D’autre part, la promotion du tri à la source accompagnée de la mise en place d’un marché parfait de récupération de déchets triés incitera les ménages à faible revenu et vivant dans les quartiers de bas standing à participer au tri. / Recent attempts explaining the links between economy and environment allowed to start interesting new horizons of research. The main question that arises for the cities of Sub-Saharan Africa is to know how the authorities can sustainably manage the growing household waste. This thesis addresses this issue with two important concerns. Although the management of household wastehas been outsourced to private players, the expected effectiveness is not obtained. By mobilizing elements of the theory of externalities and contract theory, we showed that for effective private intervention in the household waste sector, it is necessary that the two actors (municipality and privateactors) could have a strong connection to overcome the difficulties related to the asymmetry of information and opportunistic behavior that generates the risk of having barrier for exchange. The second concern is related to the households’ responsibility for the waste they produce. The Empirical studies show, on the one hand, that pricing incentive in the areas of upper and middle class willenable, at the same time, the Municipality to generate the additional financial resources for financing their service and, on the other hand, to reduce the volume of waste destined for final discharge. Secondly, promotion of source separation accompanied by the establishment of a perfect market recovery of sorted waste encourages low-income households and inhabitants in the neighborhood of lower classes to participate in sorting.

Cette thèse est consacrée à la description et à l'étude de la sécurité de divers protocoles destinés à faire de l'authentification d'objets physiques à distance à base de comparaison de vecteurs binaires. L'objectif des protocoles proposés est de pouvoir réaliser une authentification en garantissant d'une part que les informations envoyées et reçues par le lecteur n'ont pas été manipulées par un adversaire extérieur et d'autre part sans révéler l'identité de l'objet testé à un tel adversaire, ou même, modulo certaines hypothèses raisonnables, aux composantes du système. Nous nous sommes fixés de plus comme objectif d'utiliser des méthodes de cryptographie sur courbe elliptique pour pouvoir profiter des bonnes propriétés de ces dernières, notamment une sécurité accrue par rapport à la taille des clefs utilisées. Nous présentons plusieurs protocoles atteignant l'objectif et établissons pour presque tous une preuve théorique de leur sécurité, grâce notamment à une nouvelle caractérisation d'une notion standard de sécurité. / This thesis is dedicated to the description of several bitrsitring comparison based remote object authentication protocols and the study of their theoretical security. The proposed protocols are designed to carry out the authentication of a given object while simultaneously guaranteeing that the information sent and received by the server cannot be tampered with by outside adversaries and that the identity of the tested object remains hidden from outside and (certain) inside adversaries. Finally it has been our objective to use elliptic curve cryptography, taking advantage of its useful properties, notably a better security level to key-size ratio. We present several protocols reaching these objectives, establishing for almost each protocol a theoretical proof of security using a new characterization of a standard security notion.

Cette thèse propose le développement d'une méthodologie permettant l'obtention des débits distribués dans le bassin amazonien à partir des hauteurs d'eau altimétriques. Au vu des derniers travaux et des avancées récentes dans ce domaine, ce travail a particulièrement porté sur les informations connexes pouvant être extraites des résultats. Nous avons utilisé des relations hauteur-débit basées sur l'équation de Manning et optimisées au travers d'un algorithme d'optimisation globale correctement paramétré. Les hauteurs d'eau ont été obtenues à partir des hauteurs altimétriques fournies par les missions ENVISAT et Jason-2, et les débits ont été estimés sur la même période par le modèle MGB-IPH sur l'ensemble du bassin. L'utilisation de l'algorithme d'optimisation SCEM-UA a permis de définir des intervalles a priori pour les paramètres ajustables ainsi que de gérer les notions d'erreur dans les données d'entrée, et d'incertitude dans les paramètres de sortie. Une des productions de ce travail est la construction d'une base de données d'un millier de courbes de tarage avec les intervalles de confiance associés. La validité spatiale de ces courbes de tarage a pu être vérifiée par comparaison avec les débits du modèle ainsi que les débits in situ disponibles. Leur stabilité dans le temps, quant à elle, a été confirmée par notre capacité à estimer des débits cohérents avec des informations de hauteurs d'eau provenant d'autres missions et d'autres périodes que celle à partir de laquelle les relations hauteur-débit avaient été estimées. Ce travail a également mis en évidence, par validation in situ, modélisation inverse et analyse de cas tests sur des rivières synthétiques, la capacité de la méthodologie proposée à identifier les caractéristiques géomorphologiques des sections étudiées. / This thesis proposes the development of a methodology that aims to obtain distributed discharges in the Amazon basin based on satellite altimetry data and modeled discharges. Given recent works and advances, this work focused particularly on the information that can be inferred from the resulting relationships. We used stage-discharge relationships based on Manning's equation that were optimized through a global optimization algorithm adequately configured. Altimetry data was taken from ENVISAT and Jason-2 missions and discharges were estimated for an overlapping period by the MGB-IPH model. A-priori intervals were defined into the SCEM-UA scheme for each optimization's parameter, and the algorithm allowed us to deal with input errors and output uncertainties. We produced a thousand gross database of rating curves and associated confidence intervals. Hydrological coherence was proved by validation with both modeled and in situ discharges. Successfully using an ENVISAT-based RC with Jason-2 data to estimate discharge at a cross-over, we proved that rating curves are not mission-dependent and can be used with any incoming water height data. Geomorphological characteristics of studied section given by our rating curves were validated through comparison with in situ data, inverse modeling of a braided river reach and synthetic rivers test cases.

Les modèles énergétiques des bâtiments à l’échelle du quartier sont généralement simplifiés pour faire face au manque de données et pour réduire le coût de calcul. Cependant, l’impact de ces simplifications sur la validité des modèles n’est pas systématiquement analysée, en particulier lorsqu’on s’intéresse à la courbe de charge. Pour combler ce manque, une méthodologie permettant de quantifier la validité des simplifications, notamment vis-à-vis de la courbe de charge, est proposée. Cette méthodologie est appliquée aux simplifications couramment utilisée pour les modèles thermiques d’enveloppe de bâtiments grâce à une plateforme numérique développée dans le cadre de cette thèse. Cette plateforme permet de générer et simuler automatiquement des modèles énergétiques de bâtiments, avec différents niveaux de détails, à partir de données issues de systèmes d’information géographique. La parallélisation des simulations énergétiques des bâtiments est utilisée à l’échelle du quartier, afin de tirer avantage de la structure du modèle global et de réduire les temps de calculs. La définition d’indicateurs spécifiques selon l’objectif de simulation apparait clairement comme l’étape essentielle lorsque l’on s’intéresse à la courbe de charge. Les résultats indiquent que la puissance est plus sensible aux simplifications que la consommation annuelle d’énergie. Les différents effets induits sont quantifiés et analysés physiquement. La capacité de l’échelle du quartier à atténuer les impacts des simplifications et d’intégrer les données statistiques est démontrée. La quantification des impacts des simplifications permet de guider l’adaptation des modèles vis-à-vis des objectifs de simulation et vis-à-vis des contraintes techniques. Cette contribution a pour objectif d’améliorer la performance des simulations énergétiques à l’échelle de la ville, et de favoriser leur développement, afin de répondre aux enjeux futurs. / District-scale building energy models are generally simplified to cope with a lack of data and to reduce computational cost. However, the impacts of these simplifications on model accuracy are not systematically studied, particularly when considering power demand. The present manuscript introduces a methodology to determine the suitability of any simplifications, notably those at the district scale, and considering the power demand. This methodology was applied to usual simplifications of the building envelope model thanks to a specific platform developed in the frame of this thesis. This platform enables automatically generating and simulating building energy models with different modelling levels of detail from geographical information systems. The parallelisation of the building energy simulations was notably implemented at the district scale in order to benefit from the model structure and to efficiently reduce the computational duration. The definition of indicators related to specific simulation objectives appears to be a necessary step when focusing on power demand. The results show a higher sensitivity to simplifications of the power demand than the annual energy consumption. These effects are quantified and physically analysed. The district-scale ability to attenuate the impacts of simplifications and to integrate statistical sources of data were demonstrated. The resulting quantification of the impacts of the simplifications made it possible to guide the adaptations of models to the simulation objectives and to the technical constraints. Such contribution aims to increase the efficiency and to favour the development of city-scale energy simulations, which are particularly needed to cope with future challenges.

Cette thèse traite d’une approche pragmatique de l'endommagement par fatigue des structures sous un chargement cyclique. Un modèle anisotrope de dommage par fatigue a été développé. L'évolution de la dégradation des propriétés du matériau dépend d’un critère de fatigue (choisi) et de ses gradients. La dégradation du matériau anisotrope guidera la propagation des dommages. La propagation des dommages dépend principalement des crêtes de la «surface» du critère (gradients zéro). L'approche proposée décrit l'amorçage, la propagation des dommages et la rupture structurale sous un chargement multiaxial en fatigue. Pour chaque élément fini, des distributions anisotropes non homogènes des propriétés du matériau sont associées. Schématiquement, il apparaît comme un «surfer» matériel sur la «surface» du critère et les dommages suivent la crête de la «surface» du critère (niveau et gradient). Un critère d'approche globale, basé sur des invariants du tenseur des contraintes, est adopté. La réduction des propriétés des matériaux est affectée à un certain nombre de cycles et à un niveau global de contraintes, en utilisant une courbe de Wöhler expérimentale. Deux formes simplifiées du modèle sont proposées et les résultats sont comparés avec un exemple de référence expérimental (plaque cruciforme) et un cas industriel (pale d’une éolienne d’EDF). Une cartographie avec le critère de Dang Van est également calculée pour analyser les résultats numériques. / A new practical engineering methodology for the analysis of structures under cyclic loading is proposed in this work . A new anisotropic fatigue damage model is developed. The evolution of material properties degradation depends on a failure criterion and its gradient. The anisotropic material degradation will guide the damage propagation. The propagation of damage is mainly depending on the ridges of the criterion’s « surface » (zero gradients). The proposed approach can describe the initiation and propagation of the damage until the structural failure under fatigue loading. For each finite element, non-homogeneous anisotropic distributions of material properties are associated. Schematically, it seems like a material « surfing » on the criterion’s « surface » and damages follow the crest of the criterion’s « surface » (level and gradient). A global approach criterion, based on invariants of the stress tensor, is adopted. The reduction of material properties is assigned to a number of cycles and a global level of stresses, using an experimental Wöhler curve. Two simplified forms of the model are proposed and results are compared with a cruciform experimental reference example and an industrial case. A mapping with Dang Van criterion is also computed to analyze the numerical results.

Cette thèse, cofinancée par l'ADEME et VEOLIA, porte sur l'étude du comportement hydro-mécanique d'un déchet biodégradable déposé en Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). La biodégradation induit des biogaz et le concept de bioréacteur suppose une circulation de lixiviat, d'où l'importance de l'étude des transferts des effluents dans la masse stockée. La compressibilité du déchet doit aussi être prise en compte car le tassement des différentes couches de déchets d'un casier, dû à la contrainte imposée par la colonne de matériau sus-jacente, entraîne une diminution de la perméabilité intrinsèque du milieu. De plus, les perméabilités au gaz et au liquide vont dépendre de la perméabilité intrinsèque mais aussi du degré de saturation en liquide. Trois types de cellules, oedo-perméamètre, oedo-succiomètre, transmissivimètre ont été conçus afin de mesurer l'évolution des propriétés de transfert d'un déchet sous compression. Les résultats ont notamment permis de monter le bon accord avec un modèle de double porosité. L'objectif était aussi de considérer l'évolution du matériau avec la biodégradation : quatre pilotes de méthanisation sous confinement, nommés CICLADE, simulant les conditions in situ et permettant des bilans massiques en continu, ont été mises au point. Les expériences sont, au moment de la rédaction de ce mémoire, toujours en cours.