En biologie, lorsqu'une quantité importante de phospholipides est insérée dans un milieu aqueux, ceux-Ci s'assemblent alors par paires pour former une bicouche, plus communément appelée vésicule. En 1973, Helfrich a proposé un modèle simple pour décrire la forme prise par une vésicule. Imposant la surface de la bicouche et le volume de fluide qu'elle contient, leur forme minimise une énergie élastique faisant intervenir des quantités géométriques comme la courbure, ainsi qu'une courbure spontanée mesurant l'asymétrie entre les deux couches. Les globules rouges sont des exemples de vésicules sur lesquels sont fixés un réseau de protéines jouant le rôle de squelette au sein de la membrane. Un des principaux travaux de la thèse fut d'introduire et étudier une condition de boule uniforme, notamment pour modéliser l'effet du squelette. Dans un premier temps, on cherche à minimiser l'énergie de Helfrich sans contrainte puis sous contrainte d'aire. Le cas d'une courbure spontanée nulle est connu sous le nom d'énergie de Willmore. Comme la sphère est un minimiseur global de l'énergie de Willmore, c'est un bon candidat pour être un minimiseur de l'énergie de Helfrich parmi les surfaces d'aire fixée. Notre première contribution dans cette thèse a été d'étudier son optimalité. On montre qu'en dehors d'un certain intervalle de paramètres, la sphère n'est plus un minimum global, ni même un minimum local. Par contre, elle est toujours un point critique. Ensuite, dans le cas de membranes à courbure spontanée négative, on se demande si la minimisation de l'énergie de Helfrich sous contrainte d'aire peut être effectuée en minimisant individuellement chaque terme. Cela nous conduit à minimiser la courbure moyenne totale sous contrainte d'aire et à déterminer si la sphère est la solution de ce problème. On montre que c'est le cas dans la classe des surfaces axisymétriques axiconvexes mais que ce n'est pas vrai en général.Enfin, lorsqu'une contrainte d'aire et de volume sont considérées simultanément, le minimiseur ne peut pas être une sphère qui n'est alors plus admissible. En utilisant le point de vue de l'optimisation de formes, la troisième et plus importante contribution de cette thèse est d'introduire une classe plus raisonnable de surfaces, pour laquelle l'existence d'un minimiseur suffisamment régulier est assurée pour des fonctionnelles et des contraintes générales faisant intervenir les propriétés d'ordre un et deux des surfaces. En s'inspirant de ce que fit Chenais en 1975 quand elle a considéré la propriété de cône uniforme, on considère les surfaces satisfaisant une condition de boule uniforme. On étudie d'abord des fonctionnelles purement géométriques puis nous autorisons la dépendance à travers la solution de problèmes aux limites elliptiques d'ordre deux posés sur le domaine intérieur à la surface / In biology, when a large amount of phospholipids is inserted in aqueous media, they immediatly gather in pairs to form bilayers also called vesicles. In 1973, Helfrich suggested a simple model to characterize the shapes of vesicles. Imposing the area of the bilayer and the volume of fluid it contains, their shape is minimizing a free-Bending energy involving geometric quantities like curvature, and also a spontanuous curvature measuring the asymmetry between the two layers. Red blood cells are typical examples of vesicles on which is fixed a network of proteins playing the role of a skeleton inside the membrane. One of the main work of this thesis is to introduce and study a uniform ball condition, in particular to model the effects of the skeleton. First, we minimize the Helfrich energy without constraint then with an area constraint. The case of zero spontaneous curvature is known as the Willmore energy. Since the sphere is the global minimizer of the Willmore energy, it is a good candidate to be a minimizer of the Helfrich energy among surfaces of prescribed area. Our first main contribution in this thesis was to study its optimality. We show that apart from a specific interval of parameters, the sphere is no more a global minimizer, neither a local minimizer. However, it is always a critical point. Then, in the specific case of membranes with negative spontaneous curvature, one can wonder whether the minimization of the Helfrich energy with an area constraint can be done by minimizing individually each term. This leads us to minimize total mean curvature with prescribed area and to determine if the sphere is a solution to this problem. We show that it is the case in the class of axisymmetric axiconvex surfaces but that it does not hold true in the general case. Finally, considering both area and volume constraints, the minimizer cannot be the sphere, which is no more admissible. Using the shape optimization point of view, the third main and most important contribution of this thesis is to introduce a more reasonable class of surfaces, in which the existence of an enough regular minimizer is ensured for general functionals and constraints involving the first- and second-Order geometric properties of surfaces. Inspired by what Chenais did in 1975 when she considered the uniform cone property, we consider surfaces satisfying a uniform ball condition. We first study purely geometric functionals then we allow a dependence through the solution of some second-Order elliptic boundary value problems posed on the inner domain enclosed by the shape

De nos jours, la majorité des objets manufacturés sont conçus par des logiciels informatiques de CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Cependant, lors de la visualisation, d'échange de données ou des processus de fabrication, le modèle géométrique doit être discrétisé en un maillage 3D composé d'un nombre fini de sommets et d'arêtes. Or, dans certaines situations le modèle initial peut être perdu ou indisponible. La représentation discrète 3D peut aussi être modifiée, par exemple après une simulation numérique, et ne plus correspondre au modèle initial. Une méthode de rétro-ingénierie est alors nécessaire afin de reconstruire une représentation continue 3D à partir de la représentation discrète.Dans ce manuscrit, nous présentons une procédure automatique et complète de rétro-ingénierie pour les maillages 3D issus principalement de la discrétisation d'objets mécaniques. Pour cela, nous proposons des améliorations sur la détection de primitives géométriques simples. Puis, nous introduisons un formalisme clair pour la définition de la topologie de l'objet et la construction des intersections entre les primitives. Enfin, nous décrivons une nouvelle méthode de construction de surfaces paramétriques 3D, fondée sur l'extraction automatique de grilles rectangulaires régulières supports. La méthode a été testée sur des maillages 3D issus d'applications industrielles et permet d'obtenir des modèles B-Rep cohérents. / Nowadays, most of the manufactured objects are designed using CAD (Computer-Aided Design) software. Nevertheless, for visualization, data exchange or manufacturing applications, the geometric model has to be discretized into a 3D mesh composed of a finite number of vertices and edges. But, in some cases, the initial model may be lost or unavailable. In other cases, the 3D discrete representation may be modified, for example after a numerical simulation, and does not correspond anymore to the initial model. A retro-engineering method is then required to reconstruct a 3D continuous representation from the discrete one.In this Ph.D. Thesis, we present an automatic and comprehensive reverse engineering process mainly dedicated to 3D meshes of mechanical items. We present first several improvements in automatically detecting geometric primitives from a 3D mesh. Then, we introduce a clear formalism to define the topology of the object and to construct the intersections between primitives. At the end, we describe a new method to fit 3D parametric surfaces which is based on extracting regular rectangular grids. The whole process is tested on 3D industrial meshes and results in reconstructing consistent B-Rep models.

Research towards the development of a gas-discharge fibre laser using noble gases, with target emission wavelengths in the mid-IR. Additional and separate work on gas treatment methods for managing the formation of photo-induced defects in silica glass.

In this thesis we prove the genericity of the set of metrics on a manifold with boundary M^{n+1}, such that all free boundary constant mean curvature (CMC) embeddings \\varphi: \\Sigma^n \\to M^{n+1}, being \\Sigma a manifold with boundary, are non-degenerate (Bumpy Metrics), (Theorem 2.4.1). We also give sufficient conditions to obtain a free boundary CMC deformation of a CMC inmersion (Theorems 3.2.1 and 3.2.2), and a stability criterion for this type of immersions (Theorem 3.3.3 and Corollary 3.3.5). In addition, given a one-parametric family, {\\varphi _t : \\Sigma \\to M} , of free boundary CMC immersions, we give criteria for the existence of smooth bifurcated branches of free boundary CMC immersions for the family {\\varphi_t}, via the implicit function theorem when the kernel of the Jacobi operator J is non-trivial, (Theorems 4.2.3 and 4.3.2), and we study stability and instability problems for hypersurfaces in this bifurcated branches (Theorems 5.3.1 and 5.3.3). / Nesta tese, provamos a genericidade do conjunto de métricas em uma variedade com fronteira M^{n+1}, de modo que todos os mergulhos de curvatura média constante (CMC) e fronteira livre \\varphi : \\Sigma^n \\to M^{n+1}, sendo \\Sigma uma variedade com fronteira, sejam não-degenerados (Métricas Bumpy), (Teorema 2.4.1). Nós também fornecemos condições suficientes para obter uma deformação CMC e fronteira livre de uma imersão CMC (Teoremas 3.2.1 and 3.2.2), e um critério de estabilidade para este tipo de imersões (Teorema 3.3.3 and Corolario 3.3.5). Além disso, dada uma família 1-paramétrica, {\\varphi _t : \\Sigma \\to M} , de imersões de CMC e fronteira livre, damos os critérios para a existência de ramos de bifurcação suaves de imersões CMC e fronteira livre para a familia {\\varphi_t}, por meio de o teorema da função implícita quando o kernel do operador Jacobi J é não-trivial, (Teoremas 4.2.3 and 4.3.2), e estudamos o problema da estabilidade e instabilidade para hipersuperfícies em naqueles ramos de bifurcação (Teoremas 5.3.1 and 5.3.3).

Nous avons étudié la dynamique de Glauber sur les pavages de domaines finies du plan par des losanges ou par des dominos de taille 2 × 1. Ces pavages sont naturellement associés à des surfaces de R^3, qui peuvent être vues comme des interfaces dans des modèles de physique statistique. En particulier les pavages par des losanges correspondent au modèle d'Ising tridimensionnel à température nulle. Plus précisément les pavages d'un domaine sont en bijection avec les configurations d'Ising vérifiant certaines conditions au bord (dépendant du domaine pavé). Ces conditions forcent la coexistence des phases + et - ainsi que la position du bord de l'interface. Dans la limite thermodynamique où L, la longueur caractéristique du système, tend vers l'infini, ces interfaces obéissent à une loi des grand nombre et convergent vers une forme limite déterministe ne dépendant que des conditions aux bord. Dans le cas où la forme limite est planaire et pour les losanges, Caputo, Martinelli et Toninelli [CMT12] ont montré que le temps de mélange Tmix de la dynamique est d'ordre O(L^{2+o(1)}) (scaling diffusif). Nous avons généralisé ce résultat aux pavages par des dominos, toujours dans le cas d'une forme limite planaire. Nous avons aussi prouvé une borne inférieure Tmix ≥ cL^2 qui améliore d'un facteur log le résultat de [CMT12]. Dans le cas où la forme limite n'est pas planaire, elle peut être analytique ou bien contenir des parties “gelées” où elle est en un sens dégénérée. Dans le cas où elle n'a pas de telle partie gelée, et pour les pavages par des losanges, nous avons montré que la dynamique de Glauber devient “macroscopiquement proche” de l'équilibre en un temps L^{2+o(1)} / We studied the Glauber dynamics on tilings of finite regions of the plane by lozenges or 2 × 1 dominoes. These tilings are naturally associated with surfaces of R^3, which can be seen as interfaces in statistical physics models. In particular, lozenge tilings correspond to three dimensional Ising model at zero temperature. More precisely, tilings of a finite regions are in bijection with Ising configurations with some boundary conditions (depending on the tiled domain). These boundary conditions impose the coexistence of the + and - phases, together with the position of the boundary of the interface. In the thermodynamic limit where L, the characteristic length of the system, tends toward infinity, these interface follow a law of large number and converge to a deterministic limit shape depending only on the boundary condition. When the limit shape is planar and for lozenge tilings, Caputo, Martinelli and Toninelli [CMT12] showed that the mixing time of the dynamics is of order (L^{2+o(1)}) (diffusive scaling). We generalized this result to domino tilings, always in the case of a planar limit shape. We also proved a lower bound Tmix ≥ cL^2 which improve on the result of [CMT12] by a log factor. When the limit shape is not planar, it can either be analytic or have some “frozen” domains where it is degenerated in a sense. When it does not have such frozen region, and for lozenge tilings, we showed that the Glauber dynamics becomes “macroscopically close” to equilibrium in a time L^{2+o(1)}

Au cours des 20 dernières années, la théorie du transport optimal s’est revelée être un outil efficace pour étudier le comportement asymptotique dans le cas des équations de diffusion, pour prouver des inégalités fonctionnelles et pour étendre des propriétés géométriques dans des espaces extrêmement généraux comme des espaces métriques mesurés, etc. La condition de courbure-dimension de la théorie Bakry-Emery apparaît comme la pierre angulaire de ces applications. Il suffit de penser au cas le plus simple et le plus important de la distance quadratique de Wasserstein W2 : la contraction du flux de chaleur en W2 caractérise les bornes inférieures uniformes pour la courbure de Ricci ; l’inégalité de Talagrand du transport, comparant W2 à l’entropie relative est impliquée et implique, par l’inégalité HWI, l’inégalité log-Sobolev ; les géodésiques de McCann dans l’espace de Wasserstein (P2(Rn),W2) permettent de prouver des propriétés fonctionnelles importantes comme la convexité, et des inégalités fonctionnelles standards telles que l’isopérymétrie, des propriétés de concentration de mesure, l’inégalité de Prékopa-Leindler et ainsi de suite. Néanmoins, le manque de régularité des plans minimisation nécessite des arguments d’analyse non lisse. Le problème de Schrödinger est un problème de minimisation de l’entropie avec des contraintes marginales et un processus de référence fixes. À partir de la théorie des grandes déviations, lorsque le processus de référence est le mouvement Brownien, sa valeur minimale A converge vers W2 lorsque la température est nulle. Les interpolations entropiques, solutions du problème de Schrödinger, sont caractérisées en termes de semigroupes de Markov, ce qui implique naturellement les calculs Γ2 et la condition de courbure-dimension. Datant des années 1930 et négligé pendant des décennies, le problème de Schrodinger connaît depuis ces dernières années une popularité croissante dans différents domaines, grâce à sa relation avec le transport optimal, à la regularité de ses solutions, et à d’autres propriétés performantes dans des calculs numériques. Le but de ce travail est double. D’abord, nous étudions certaines analogies entre le problème de Schrödinger et le transport optimal fournissant de nouvelles preuves de la formulation duale de Kantorovich et de celle, dynamique, de Benamou-Brenier pour le coût entropique A. Puis, en tant qu’application de ces connexions, nous dérivons certaines propriétés et inégalités fonctionnelles sous des conditions de courbure-dimension. En particulier, nous prouvons la concavité de l’entropie exponentielle le long des interpolations entropiques sous la condition de courbure-dimension CD(0, n) et la régularité du coût entropique le long du flot de la chaleur. Nous donnons également différentes preuves de l’inégalité variationnelle évolutionnaire pour A et de la contraction du flux de la chaleur en A, en retrouvant comme cas limite, les résultats classiques en W2, sous CD(κ,∞) et CD(0, n). Enfin, nous proposons une preuve simple de la propriété de concentration gaussienne via le problème de Schrödinger comme alternative aux arguments classiques tel que l’argument de Marton basé sur le transport optimal / In the past 20 years the optimal transport theory revealed to be an efficient tool to study the asymptotic behavior for diffusion equations, to prove functional inequalities, to extend geometrical properties in extremely general spaces like metric measure spaces, etc. The curvature-dimension of the Bakry-Émery theory appears as the cornerstone of those applications. Just think to the easier and most important case of the quadratic Wasserstein distance W2: contraction of the heat flow in W2 characterizes uniform lower bounds for the Ricci curvature; the transport Talagrand inequality, comparing W2 to the relative entropy is implied and implies via the HWI inequality the log-Sobolev inequality; McCann geodesics in the Wasserstein space (P2(Rn),W2) allow to prove important functional properties like convexity, and standard functional inequalities, such as isoperimetry, measure concentration properties, the Prékopa Leindler inequality and so on. However the lack of regularity of optimal maps, requires non-smooth analysis arguments. The Schrödinger problem is an entropy minimization problem with marginal constraints and a fixed reference process. From the Large deviation theory, when the reference process is driven by the Brownian motion, its minimal value A converges to W2 when the temperature goes to zero. The entropic interpolations, solutions of the Schrödinger problem, are characterized in terms of Markov semigroups, hence computation along them naturally involves Γ2 computations and the curvature-dimension condition. Dating back to the 1930s, and neglected for decades, the Schrödinger problem recently enjoys an increasing popularity in different fields, thanks to this relation to optimal transport, smoothness of solutions and other well performing properties in numerical computations. The aim of this work is twofold. First we study some analogy between the Schrödinger problem and optimal transport providing new proofs of the dual Kantorovich and the dynamic Benamou-Brenier formulations for the entropic cost A. Secondly, as an application of these connections we derive some functional properties and inequalities under curvature-dimensions conditions. In particular, we prove the concavity of the exponential entropy along entropic interpolations under the curvature-dimension condition CD(0, n) and regularity of the entropic cost along the heat flow. We also give different proofs the Evolutionary Variational Inequality for A and contraction of the heat flow in A, recovering as a limit case the classical results in W2, under CD(κ,∞) and also in the flat dimensional case. Finally we propose an easy proof of the Gaussian concentration property via the Schrödinger problem as an alternative to classical arguments as the Marton argument which is based on optimal transport

Visage est l’une des meilleures biométries pour la reconnaissance de l’identité de personnes, car l’identification d’une personne par le visage est l’habitude instinctive humaine, et l’acquisition de données faciales est naturelle, non intrusive et bien acceptée par le public. Contrairement à la reconnaissance de visage par l’image 2D sur l’apparence, la reconnaissance de visage en 3D sur la forme est théoriquement plus stable et plus robuste à la variance d’éclairage, aux petits changements de pose de la tête et aux cosmétiques pour le visage. Spécifiquement, les courbures sont les plus importants attributs géométriques pour décrire la forme géométrique d’une surface. Elles sont bénéfiques à la caractérisation de la forme du visage qui permet de diminuer l’impact des variances environnementales. Cependant, les courbures traditionnelles ne sont définies que sur des surfaces lisses. Il est donc nécessaire de généraliser telles notions sur des surfaces discrètes, par exemple des visages 3D représenté par maillage triangulaire, et d’évaluer leurs performances en reconnaissance de visage 3D. En outre, même si un certain nombre d’algorithmes 3D FR avec une grande précision sont disponibles, le coût d’acquisition de telles données de haute résolution est difficilement acceptable pour les applications pratiques. Une question majeure est donc d’exploiter les algorithmes existants pour la reconnaissance de modèles à faible résolution collecté avec l’aide d’un nombre croissant de caméras consommateur de profondeur (Kinect). Le dernier problème, mais non le moindre, est la menace sur sécurité des systèmes de reconnaissance de visage 3D par les attaques de masque fabriqué. Cette thèse est consacrée à l’étude des attributs géométriques, des mesures de courbure principale, adaptées aux maillages triangulaires, et des schémas de reconnaissance de visage 3D impliquant des telles mesures de courbure principale. En plus, nous proposons aussi un schéma de vérification sur la reconnaissance de visage 3D collecté en comparant des modèles de résolutions hétérogènes équipement aux deux résolutions, et nous évaluons la performance anti-spoofing du système de RF 3D. Finalement, nous proposons une biométrie système complémentaire de reconnaissance veineuse de main basé sur la détection de vivacité et évaluons sa performance. Dans la reconnaissance de visage 3D par la forme géométrique, nous introduisons la généralisation des courbures principales conventionnelles et des directions principales aux cas des surfaces discrètes à maillage triangulaire, et présentons les concepts des mesures de courbure principale correspondants et des vecteurs de courbure principale. Utilisant ces courbures généralisées, nous élaborons deux descriptions de visage 3D et deux schémas de reconnaissance correspondent. Avec le premier descripteur de caractéristiques, appelé Local Principal Curvature Measures Pattern (LPCMP), nous générons trois images spéciales, appelée curvature faces, correspondant à trois mesures de courbure principale et encodons les curvature faces suivant la méthode de Local Binary Pattern. Il peut décrire la surface faciale de façon exhaustive par l’information de forme locale en concaténant un ensemble d’histogrammes calculés à partir de petits patchs dans les visages de courbure. Dans le deuxième système de reconnaissance de visage 3D sans enregistrement, appelée Principal Curvature Measures based meshSIFT descriptor (PCM-meshSIFT), les mesures de courbure principales sont d’abord calculées dans l’espace de l’échelle Gaussienne, et les extrèmes de la Différence de Courbure (DoC) sont définis comme les points de caractéristique. Ensuite, nous utilisons trois mesures de courbure principales et leurs vecteurs de courbure principaux correspondants pour construire trois descripteurs locaux pour chaque point caractéristique, qui sont invariants en rotation. [...] / Face is one of the best biometrics for person recognition related application, because identifying a person by face is human instinctive habit, and facial data acquisition is natural, non-intrusive, and socially well accepted. In contrast to traditional appearance-based 2D face recognition, shape-based 3D face recognition is theoretically more stable and robust to illumination variance, small head pose changes, and facial cosmetics. The curvatures are the most important geometric attributes to describe the shape of a smooth surface. They are beneficial to facial shape characterization which makes it possible to decrease the impact of environmental variances. However, exiting curvature measurements are only defined on smooth surface. It is required to generalize such notions to discrete meshed surface, e.g., 3D face scans, and to evaluate their performance in 3D face recognition. Furthermore, even though a number of 3D FR algorithms with high accuracy are available, they all require high-resolution 3D scans whose acquisition cost is too expensive to prevent them to be implemented in real-life applications. A major question is thus how to leverage the existing 3D FR algorithms and low-resolution 3D face scans which are readily available using an increasing number of depth-consumer cameras, e.g., Kinect. The last but not least problem is the security threat from spoofing attacks on 3D face recognition system. This thesis is dedicated to study the geometric attributes, principal curvature measures, suitable to triangle meshes, and the 3D face recognition schemes involving principal curvature measures. Meanwhile, based on these approaches, we propose a heterogeneous cross-resolution 3D FR scheme, evaluate the anti-spoofing performance of shape-analysis based 3D face recognition system, and design a supplementary hand-dorsa vein recognition system based on liveness detection with discriminative power. In 3D shape-based face recognition, we introduce the generalization of the conventional point-wise principal curvatures and principal directions for fitting triangle mesh case, and present the concepts of principal curvature measures and principal curvature vectors. Based on these generalized curvatures, we design two 3D face descriptions and recognition frameworks. With the first feature description, named as Local Principal Curvature Measures Pattern descriptor (LPCMP), we generate three curvature faces corresponding to three principal curvature measures, and encode the curvature faces following Local Binary Pattern method. It can comprehensively describe the local shape information of 3D facial surface by concatenating a set of histograms calculated from small patches in the encoded curvature faces. In the second registration-free feature description, named as Principal Curvature Measures based meshSIFT descriptor (PCM-meshSIFT), the principal curvature measures are firstly computed in the Gaussian scale space, and the extremum of Difference of Curvautre (DoC) is defined as keypoints. Then we employ three principal curvature measures and their corresponding principal curvature vectors to build three rotation-invariant local 3D shape descriptors for each keypoint, and adopt the sparse representation-based classifier for keypoint matching. The comprehensive experimental results based on FRGCv2 database and Bosphorus database demonstrate that our proposed 3D face recognition scheme are effective for face recognition and robust to poses and occlusions variations. Besides, the combination of the complementary shape-based information described by three principal curvature measures significantly improves the recognition ability of system. To deal with the problem towards heterogeneous cross-resolution 3D FR, we continuous to adopt the PCM-meshSIFT based feature descriptor to perform the related 3D face recognition. [...]

Le flot de Ricci est une équation aux dérivées partielles qui régit l’évolution d’une métrique riemannienne dépendant d’un paramètre de temps sur une variété différentielle. D’abord introduit et étudié par R. Hamilton, il est à l’origine de la solution de la conjecture de géométrisation des variétés compactes de dimension 3 par G. Perelman en 2001. La théorie classique concernant l’existence en temps court des solutions, due à Hamilton et à Shi, garantit (en dimension quelconque) l’existence d’un flot soit sur une variété compacte, soit lorsque la métrique initiale est complète avec une borne sur la norme du tenseur de courbure. En l’absence de cette borne, on conjecture qu’on peut trouver, à partir de la dimension 3, des données initiales pour lesquelles il n’existe pas de solution. Dans cette thèse, on démontre des théorèmes d’existence en temps court du flot sous des hypothèses plus faibles qu’une borne sur la norme du tenseur de courbure. Pour cela, on introduit une construction générale qui, pour une métrique riemannienne g quelconque sur une variété M, pas nécessairement complète, permet de produire une solution de l’équation du flot sur un domaine ouvert D de l’espace-temps M * [0,T] qui contient la tranche de temps initiale, avec g pour donnée initiale. On montre ensuite que sous des hypothèses adaptées sur la métrique g, on contrôle la forme du domaine D. En particulier, lorsque la métrique g est complète, D contient un ensemble de la forme M * [0,t], avec t>0, ce qui revient à dire qu’il existe un flot au sens classique dont la donnée initiale est g. Les « hypothèses adaptées » qui conduisent à des théorèmes d’existence sont de trois types. Dans tout les cas, on suppose une minoration uniforme du volume des boules de rayon au plus 1, à quoi on ajoute : a) en dimension 3, une minoration du tenseur de Ricci, b) en dimension n, une minoration d’une notion de courbure dite « courbure isotrope I » ou bien c) en dimension n, une borne sur la norme du tenseur de Ricci et une hypothèse qui garantit la proximité au sens métrique des boules de rayon au plus 1 avec une boule de même rayon dans un espace métrique obtenu comme le produit cartésien d’un espace de dimension 3 et d’un facteur euclidien de dimension n-3. De plus, avec ces résultats d’existence viennent des estimations sur les propriétés de régularisation du flot quantifiées en fonction des hypothèses sur la donnée initiale. La possibilité ainsi offerte de régulariser, globalement ou localement, pour un temps et avec des estimations quantifiés, une métrique initiale a des conséquence sur les espaces métriques singuliers obtenus comme limites, pour la distance de Gromov-Hausdorff, de suites de variétés satisfaisant uniformément aux conditions a), b) ou c). En effet, des théorèmes de compacité classiques pour le flot de Ricci permettent d’extraire un flot limite, étant donnée une suite de métriques initiales satisfaisant uniformément à ces hypothèses, et possédant donc toutes un flot pour un temps contrôlé. Lorsque les métriques en question approchent, pour la topologie de Gromov-Hausdorff, un espace singulier, cette solution limite s’interprète comme un flot régularisant l’espace singulier en question, et son existence contraint la topologie de cet espace singulier. / The Ricci Flow is a partial differential equation governing the evolution of a Riemannian metric depending on a time parameter t on a differential manifold. It was first introduced and studied by R. Hamilton, and eventually led to the solution of the Geometrization conjecture for closed three-dimensional manifolds by G. Perelman in 2001. The classical short-time existence theory for the Ricci Flow, due to Hamilton and Shi, asserts, in any dimension, the existence of a flow starting from any initial metric when the underlying manifold in compact, or for any complete initial metric with a bound on the norm of the curvature tensor otherwise. In the absence of such a bound, though, the conjecture is that starting from dimension 3 one can find such initial data for which there is no solution. In this thesis, we prove short-time existence theorems under hypotheses weaker than a bound on the norm of the curvature tensor. To do this, we introduce a general construction which, for any Riemannian metric g (not necessarily complete) on a manifold M, allows us to produce a solution to the equation of the flow on an open domain D of the space-time M * [0,T] which contains the initial time slice, with g as an initial datum. We proceed to show that under suitable hypotheses on g, one can control the shape of the domain D, so that in particular, D contains a subset of the form M * [0,t] with t>0 if g is complete. By « suitable hypothesis », we mean one of the following. In any case, we assume a lower bound on the volume of balls of radius at most 1, plus a) in dimension 3, a lower bound on the Ricci tensor, b) in dimension n, a lower bound on the so-called « isotropic curvature I » or c) in dimension n, a bound on the norm of the Ricci tensor, as well as a hypothesis which garanties the metric proximity of every ball of radius at most $1$ with a ball of the same radius in a metric product between a three-dimensional metric space and a $n-3$ dimensional Euclidian factor. Moreover, with these existence results come estimates on the existence time and regularization properties of the flow, quantified in term of the hypotheses on the initial data. The possibility to regularize metrics, locally or globally, with such estimates has consequences in terms of the metric spaces obtained as limits, in the Gromov-Hausdorff topology, of sequences of manifolds uniformly satisfying a), b) or c). Indeed, the classical compactness theorems for the Ricci Flow allow for the extraction of a limit flow for any sequence of initial metrics uniformly satisfying the hypotheses and thus possessing a flow for a controlled amount of time. In the case when these metrics approach a singular space in the Gromov-Hausdorff topology, such a limit solution can be interpreted as a flow regularizing the singular limit space, the existence of which puts constraints on the topology of this space.

Nos escoamentos em turbomáquinas temos como principais características a tridimensionalidade, possível ocorrência de separação da camada limite, relaminarização, transição laminar-turbulenta, dentre outros efeitos físicos. De acordo com alguns estudos experimentais em turbinas observouse que a transição laminar-turbulenta pode se estender por até 60% da corda de uma pá de turbina. Uma boa estimativa para se prever corretamente o local da transição é indispensável para que seja obtida uma melhoria na eficiência das turbinas. Escoamentos sobre superfícies côncavas estão sujeitos à instabilidade centrífuga, podendo dar origem a vórtices longitudinais, conhecidos como vórtices de Görtler. Esses vórtices são responsáveis por gerar distorções fortes nos perfis de velocidade e consequentemente nos perfis de temperatura. O presente estudo tem por objetivo estudar a influência da variação da curvatura de uma superfície côncava, e os efeitos do comprimento de onda transversal no processo de transição, e sua influência nas taxas de transferência de calor. Para tal, um código de simulação numérica paralelizado, com alta ordem de precisão, foi utilizado para resolver numericamente as equações de Navier-Stokes. Este código é validado através de comparações entre resultados obtidos com uso da teoria de estabilidade linear, e com resultados de simulações numéricas não lineares. Resultados obtidos evidenciam a influência da variação da curvatura, e os efeitos causados pelo comprimento de onda transversal nas instabilidades de Görtler, e secundária. Tais evidências comprovam que a variação da curvatura pode ser útil no controle do processo de transição laminar-turbulenta, e que as taxas de transferência de calor de um escoamento de Görtler desenvolvido em superfícies de curvatura variável podem ser intensificadas, atingindo valores superiores aos obtidos em escoamentos turbulentos. / Some characteristics of flows in turbomachinery are the three-dimensionality, possible occurrence of separation of the boundary layer, relaminarization, laminar-turbulent transition, among other physical effects. According to some experimental observations in turbines, it has been observed that the laminar-turbulent transition can extend over 60% chord of a turbine blade. A good estimate to correctly predict the location of the transition is essential for an improvement in the efficiency of turbines. Flow over concave surfaces is subjected to centrifugal instability, which may lead to formation of longitudinal vortices, known as the Görtler vortices. These vortices are responsible for generating strong distortions in the velocity profiles and hence the temperature profiles. The current goal aims to study the influence of the curvature variation of a concave surface and the effects of spanwise wavelength on the transition process and its influence on the heat transfer rates. For this, a parallel numerical simulation code, with a high order of precision, was used to numerically solve the Navier-Stokes equations. This code is validated through comparisons between results obtained using linear stability theory, and nonlinear numerical simulations results. Results obtained show the influence of the curvature variation, and the effects caused by the spanwise wavelength on the Görtler and secondary instabilities. This evidence proves that the curvature variation can be useful in the control of the laminar-turbulent transition process, and that heat transfer rates of a Görtler flow developed on variable curvature surfaces can be intensified, and reach values higher than these achieved in turbulent flows.

É inegável a importância do desenvolvimento de tecnologias de uso racional da madeira e de solução de problemas de transportes em nossas cidades, principalmente por causa do processo crescente de urbanização do mundo. Existe também, a necessidade estética de se unir à alta tecnologia, o belo. As passarelas estaiadas com tabuleiro de madeira laminada protendida, em módulos curvos, atendem a todas estas exigências. A construção de um protótipo permitiu que a realização de ensaios estáticos e dinâmicos, cujos resultados evidenciaram a viabilidade técnica e econômica de passarelas estaiadas usando madeira de reflorestamento, de tabuleiros compostos apenas por placas de madeira laminada protendida e da construção de placas curvas de madeira laminada protendida. Também foi possível comprovar que as vibrações induzidas por pedestres são a condição mais crítica de projeto. A investigação da perda de curvatura do tabuleiro demonstrou o sucesso do projeto, embora mais estudos ao longo do tempo sejam necessários. Baseando-se nos resultados experimentais, realizou-se a calibração do modelo numérico, que permitiu realizar simulações para determinar quais variáveis definem a resposta da passarela construída. Sugestões de procedimentos de elaboração e construção de passarelas, assim como de criação de norma brasileira específica para pontes e passarelas de madeira, são apresentadas. / The ongoing, worldwide, large scale urbanization is stressing more and more the importance of developing new technologies concerned with the rational use of timber and with the solution of transportation problems in cities. There is also an aesthetical need of showing the melting of up-to-date high technology with beauty. The cable-stayed stress laminated timber footbridge, with curved modules meets all these needs. The buildings of a prototype, enable static and dynamic tests to be carried out. The experimental results revealed the technical and economical feasibility of the following items: a) cable stayed footbridges with timber from reforestation, b) decks only made of stress laminated timber, c) curved plates of stress laminated timber. It also revealed that the human induced vibrations leads to the most critical design condition. The loss of deck curvature study indicated the need of further research considering the time effect, to confirm the initial sucess achieved. Based on the results of these testings, the calibration of the numerical model was done. In order to investigate which variables are responsible for the footbridge response, several simulations were performed with the calibrated model. Guidelines for design and building of timber footbridges are presented. The creation of a brazilian code for timber bridges and footbridges is also suggested.