Les satellites artificiels baignent dans un environnement radiatif hostile qui conditionne en partie leur fiabilité et leur durée de vie en opération : les ceintures de Van Allen. Afin de les protéger, il est nécessaire de caractériser la dynamique des électrons énergétiques piégés dans les ceintures radiatives. Elle est déterminée essentiellement par les interactions entre les électrons énergétiques et les ondes électromagnétiques existantes. <br /><br />Le travail de cette thèse a consisté à concevoir un schéma numérique original pour la résolution du système d'équations modélisant ces interactions : les équations de Vlasov-Maxwell relativistes. Notre choix s'est orienté vers des méthodes d'intégration directe. Nous proposons trois nouvelles méthodes spectrales pour discrétiser en impulsion les équations : une méthode de Galerkin et deux méthodes de type collocation. Ces approches sont basées sur des fonctions de Hermite qui ont la particularité de dépendre d'un facteur d'échelle permettant d'obtenir une bonne résolution en vitesse. <br /><br />Nous présentons dans ce manuscript les calculs conduisant à la discrétisation et à la résolution du problème de Vlasov-Poisson monodimensionnel ainsi que les résultats numériques obtenus. Puis nous étudions les extensions possibles des méthodes au problème complet relativiste. Afin de réduire les temps de calcul, une parallélisation et une optimisation des algorithmes ont été mises en \oe uvre. Enfin, les calculs de validation du code 1Dx-3Dv, à partir d'instabilités de types Weibel et whistlers, à une ou deux espèces d'électrons, sont détaillés.

La Chine, pays le plus peuplé du monde, connaît depuis une quinzaine d'années des taux de<br />croissance spectaculaires. Malheureusement, cette croissance a aussi été accompagnée d'une très<br />forte dégradation de l'environnement et a positionné la Chine parmi les pays les plus pollués du<br />monde, notamment au niveau de son atmosphère. Ainsi, le considérable succès que représente cette<br />croissance économique, au point de vouloir présenter la Chine comme la prochaine première<br />puissance économique mondiale, conduit à poser la question de sa soutenabilité. Nous postulons que<br />la croissance actuelle de la Chine ne pourra être durable que dans la mesure où elle n'hypothèque pas<br />celle de son futur.<br />Cette thèse se base sur le cas de l'émission industrielle de SO2 – la pollution aérienne la plus<br />importante en Chine. En analysant son évolution au cours des années 1990 et en se focalisant sur ses<br />relations avec la croissance économique, l'industrialisation et l'ouverture commerciale – les trois<br />caractères les plus évidents du développement économique chinois –, cette thèse vise à identifier la<br />possibilité et les conditions nécessaires et suffisantes pour la Chine de réaliser un développement<br />soutenable.<br />Après une revue de la littérature sur la Courbe de Kuznets Environnementale (CKE), nous<br />commençons notre analyse par l'étude d'une CKE de forme réduite (Chap. 2), qui révèle une relation<br />assez optimiste entre la croissance chinoise et l'émission industrielle de SO2 par tête. Cependant, cette<br />CKE « par tête » ne garantit pas un même retournement de trajectoire pour l'émission industrielle<br />totale de SO2. Bien que notre analyse prédise ce retournement aux environs de 9000 yuan par tête<br />(prix constants 1990) pour le cas de l'émission industrielle de SO2 par tête, l'évolution de l'émission<br />industrielle de SO2 totale semble continuer à augmenter. Pour comprendre les raisons de cette<br />tendance à la hausse de l'émission industrielle de SO2 totale, nous menons deux analyses<br />structurelles, dans lesquelles les variations de l'émission sont décomposées de façon paramétrique<br />(Chap. 3) et non-paramétrique (la méthode de décomposition de l'indice de Divisia basée sur des<br />données détaillées de la production et de l'intensité d'émission de SO2 de 13 secteurs industriels dans<br />chaque province entre 1991 et 2002, Chap. 4) en contributions de ses trois déterminants structurels -<br />effets d'échelle, de composition et de technique. Les résultats montrent que le revenu par tête<br />fonctionne comme une variable omnibus qui capte les effets des trois déterminants structurels et<br />révèle seulement un « effet net » de la croissance sur l'environnement. Le détail de nos analyses<br />permet cependant de trouver les véritables raisons de cette tendance à la hausse de l'émission<br />industrielle de SO2. Cela serait principalement dû à une domination de l'effet d'échelle sur l'effet<br />réducteur d'émission issu des progrès techniques, le tout combiné à une transformation de la<br />composition industrielle exerçant un modeste impact à la hausse des émissions dans la plupart des<br />provinces chinoises.<br />La seconde partie de cette thèse accroît ses efforts de décomposition en donnant une attention<br />particulière au rôle déterminant du commerce international sur l'émission. Perçu par certains<br />économistes pessimistes comme un canal à travers lequel les pays riches déchargeaient leurs<br />fardeaux de pollution sur leurs partenaires commerciaux relativement plus pauvres (hypothèse de<br />« havre de pollution »), le commerce international a ainsi souvent été considéré comme une<br />explication statique de la formation d'une relation en U inversé entre le revenu et la pollution.<br />Cependant, les trois analyses menées dans cette partie, en recherchant les différents canaux de<br />transmission à travers lesquels le commerce affecte les trois déterminants structurels de l'émission,<br />nous offrent pour la Chine des preuves très limitées en faveur de l'hypothèse de « havre de<br />pollution ». Etant donné que l'avantage comparatif de la Chine basé sur sa dotation extrêmement<br />riche en travail est beaucoup plus attractif que son avantage de « havre de pollution », la conclusion<br />d'une analyse de style Antweiler, Copeland et Taylor (ACT, 2001) au Chapitre 5 nous montre que la<br />libéralisation commerciale peut réduire les dangers d'une augmentation de pollution liée à l'effet de<br />« havre de pollution » en guidant la transformation de la composition industrielle chinoise vers les<br />secteurs intensifs en travail, souvent considérés comme moins polluants. Le rôle du commerce sur<br />l'environnement n'est cependant pas aussi simple. Dans le Chapitre 6, en re-employant les résultats<br />de la décomposition de Divisia du Chapitre 4, nous vérifions les impacts indirects du commerce<br />(exportations et importations introduites de façon séparées) sur l'émission à travers les trois<br />déterminants structurels. Cette analyse confirme l'impact significativement positif du commerce dans<br />l'élargissement de l'échelle de production et sur les progrès techniques. Les analyses basées sur un<br />système d'équations simultanées au Chapitre 7 nous permettent de combiner ces trois aspects des<br />impacts indirects du commerce sur l'émission et d'inclure leurs interactions potentielles dans une<br />même estimation. Les résultats révèlent que le rôle total des exportations est positif pour<br />l'environnement mais que celui des importations (mesurées par l'accumulation de machines et<br />d'équipements importés) est négatif.<br />Dans le modèle en Equilibre Général Calculable (EGC) du Chapitre 8 (Partie 3), nous relions<br />directement les résultats de l'émission à la combustion des énergies dans les activités productives et<br />incluons toutes les interactions entre les variables économiques et l'environnement dont nous avons<br />pu discuter dans les chapitres précédents pour la spécification du modèle. Ce modèle nous offre<br />l'opportunité de paramétrer et de simuler de multiples aspects des relations entre croissance,<br />ouverture commerciale et émission. Les simulations basées sur ce modèle nous permettent d'obtenir<br />des comparaisons numériques de l'ampleur des impacts environnementaux du commerce et de la<br />croissance économique. La conclusion de ce chapitre montre que, sans une politique de contrôle de<br />pollution plus efficace, la croissance économique chinoise devrait s'avérer très polluante et que<br />l'accession à l'OMC devrait provoquer une hausse supplémentaire mais marginale de pollution.<br />En considérant les dangers potentiels de cette situation sur l'environnement chinois, nous décidons de<br />rechercher dans le dernier chapitre de cette thèse (Chap. 9) l'effet de « feedback » potentiel de la<br />pollution sur la capacité de croissance de l'économie chinoise. Les résultats confirment un effet négatif<br />de l'émission de SO2 sur la prévalence des maladies chroniques au sein de la population. Une fois<br />dépassé le seuil de 8 g/m2, une augmentation de 1g/m2 de la densité de l'émission industrielle de SO2<br />accroît la probabilité pour une personne représentative de souffrir de maladies chroniques de 0,25%.<br />Cependant, si les progrès techniques réalisés dans les activités de contrôle de la pollution augmentent<br />de façon continue dans le temps, nos résultats indiquent également une dynamique potentielle<br />pouvant réduire de façon graduelle l'impact négatif de la pollution sur la santé avec la croissance<br />économique.<br />En résumé, les analyses menées dans cette thèse présentent un certain nombre de défis à relever et<br />d'opportunités à saisir pour que la Chine puisse poursuivre un chemin de développement qui soit<br />soutenable. Etant donnée la tendance actuelle à la détérioration de son environnement, la capacité de<br />la Chine à préserver une croissance soutenable dans le futur dépendra étroitement de l'adoption de<br />progrès techniques (conditions suffisantes) et d'un fonctionnement efficace et plus strict des politiques<br />de contrôle de pollution (conditions nécessaires), ainsi que d'une meilleure efficacité des systèmes<br />institutionnels et de marché.

L’objectif était de développer un questionnaire (IDEA) afin de capter les attitudes envers les rêves et d’évaluer leurs relations avec des variables externes ainsi que le rôle qu’elles représentent dans la vie des gens. 725 participants ont complété l’IDEA et parmi ceux-ci 357 ont aussi complété des questionnaires concernant le rêve, la personnalité et le bien-être ainsi qu’un journal de rêve. Dans le premier article, une analyse factorielle de l’IDEA a dégagé 7 dimensions d’intérêt. Les individus ont été classifiés selon trois profils distincts de rêveur montrant des relations différentielles aux mesures de personnalité et de bien-être. Dans le second article, les résultats ont montré que les individus qui rapportent beaucoup de rêves, une détresse psychologique, des frontières fluides ou une capacité d’absorption croient que leurs rêves possèdent un sens. L’IDEA est un instrument utile pour la recherche et montrent que les croyances oniriques ont un rôle psychologique important. / Our goals were to develop a questionnaire (the IDEA) to assess dream-related beliefs, to investigate the relations between these beliefs and waking-state variables as well as the roles they may play in peoples’ lives. In the first article, 725 participants completed the IDEA and 357 participants also completed a dream log and questionnaires on dreams, personality, and well-being. A factor analysis of the IDEA revealed 7 dimensions. Using these dimensions, individuals were classified into three distinct profiles which showed differential relations to measures of personality and well-being. In the second article, people with high dream recall, psychological distress, thin boundaries and an elevated capacity for absorption, were found to be the most likely to believe that their dream experiences are meaningful. The findings indicate that the IDEA is a useful instrument for researchers and those dream-related beliefs can play important psychological roles in people’s lives. / L'accord des co-auteurs est inclus dans le mémoire

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques. / As core processes of the transformation of rainfall into runoff are not fully understood, the concept of hydrologic connectivity has been put forward to explain why some processes occur episodically, in a very discrete short-lived manner, as a response to intermittent atmospheric water input, storm characteristics and soil moisture storage. Even though emerging as a very powerful tool for explaining the growing numbers of nonlinear hydrologic behaviours documented around the world, the hydrologic connectivity concept raises major issues for future research in catchment hydrology in terms of its definition, its measure, its integration into hydrological models and its scaling in the space and the time domains. The aim of this doctoral work is to precise the definition, the measure, the scaling and the prediction of processes underlying hydrologic connectivity while focusing on the following research questions: (1) What methodological framework should guide investigations of hydrologic connectivity?, (2) How to assess hydrologic connectivity from field data?, and (3) To what extent can the ongoing knowledge acquisition on hydrologic connectivity be used to improve success with hydrological modeling? Three study approaches are discriminated, namely: (i) a black box approach that only relies on rainfall and runoff data without examining the internal catchment behaviour; (ii) a grey box approach based on punctual geochemical data illustrating the catchment internal state; and (iii) a white box approach involving exhaustive spatial patterns of surface and subsurface topographic variables and soil moisture. These three approaches are then tested against field data from the Hermine catchment (Lower Laurentians, Quebec). It is possible to classify the Hermine catchment hydrological responses with regards to their magnitude and their timing, the switching from one response type to another depending on antecedent conditions. It is revealed that high discharge values monitored at the catchment outlet are produced by increased contributions from specific runoff sources, thus hinting towards a reinforced hydraulic linkage and an enhanced degree of connectivity between runoff sources and the stream channel. It is established that saturated areas whose spatial extent exceeds 0.85 ha are critical for high runoff generation. Soil moisture spatial patterns in temperate humid forested catchments are shown to have statistical properties that are very different from those encountered in temperate rangelands; hence the necessity of using different spatial connectivity metrics in these contrasted environments. The co-existence of “linear” and “nonlinear” contributing sources is also illustrated in the Hermine catchment. These results suggest that some concepts should be revised for hydrological modeling purposes. The originality of the present thesis is mainly inherited from its prime focus. The pursued research objectives are in accordance with the future trend in catchment hydrology, especially as hydrologists are urged to move from site-specific experiments and results to more easily generalizable concepts that favour the study of emergent catchment properties such as connectivity. Thus, the major contribution of this thesis is the proposal of a unified definition of connectivity, a comprehensive methodological framework, technical tools and operational ideas for the better performance of hydrological models.

Ce travail est consacré à l'étude des effets de la rupture des grains dans les matériaux granulaires sous chargement quasi-statique. Les données expérimentales montrent que plus il y a de ruptures, plus le matériau est compressible et plus la résistance au cisaillement au pic diminue. La source de ce phénomène se trouve dans la mécanique de la fracture des particules individuelles, associée aux conditions de chargement sur ces particules. A partir de ces propriétés, des travaux récents ont cherché à modéliser les liens multi-échelle afin de prédire le comportement de l'assemblage. Pourtant, le sujet est encore ouvert et dans cette thèse, on se propose de fournir davantage de preuves empiriques, de tester la validité de certains modèles et de développer des nouvelles méthodes prédictives. Les liens multi-échelles se font ici en décrivant, premièrement, les propriétés mécaniques des grains par la théorie de la rupture fragile de Weibull. Deuxièmement, des hypothèses sur le réseau des forces de contact intergranulaires permettent de changer d'échelle et de prédire la granulométrie finale après ruptures et la diminution de la résistance au cisaillement à cause des effets d'échelle. On a aussi étudié l'influence de l'eau et du temps (fluage-relaxation) dans des matériaux avec des ruptures des grains sous divers chemins de contraintes, en montrant que la relation entre le taux de ruptures, ou granulométrie finale, et le travail plastique ne dépend que des propriétés intrinsèques du matériau. Des perspectives de ce travail sont le couplage des méthodes prédictives développées avec des modèles constitutifs, afin de prendre en compte les propriétés micromécaniques et les prédictions de la granulométrie dans des modèles continus.

Les îles tropicales sont soumises à un ennuagement hétérogène et changeant rapidement. Par ailleurs, elles ont une ressource solaire importante mais significativement variable d’un jour à l’autre. Dans le sud-ouest de l’océan indien (SWIO), La Réunion fait partie de ces îles tropicales ayant un potentiel solaire colossal mais fortement intermittent. Dans cette étude, nous proposons une nouvelle approche de prévision déterministe des cartes journalières rayonnement solaire (SSR), basée sur quatre modèles de régression linéaire : une régression linéaire multiple (MLR), une régression en composantes principales (PCR), une régression des moindres carrés (PLSR) et une régression pas à pas (stepwise--SR). Ces quatre régressions sont appliquées sur les données satellites SARAH-E (CM SAF) à 5km de résolution entre 2007 et 2016, en vue d’en effectuer la prévision. Pour obtenir de meilleures performances, nous proposons d'inclure les paramètres multi-fractale (H,C_1 et α) comme nouveaux paramètres prédictifs. Ceux-ci sont obtenus à partir de l'analyse de l'intermittence du SSR basée sur la méthode d’analyse d’ordre spectral arbitraire de Hilbert. Cette analyse qui est une extension de la transformation d’Hilbert Huang (HHT) est utilisée afin d’estimer l’exposant d’échelle ξ(q). On effectue la combinaison d’une décomposition en mode empirique et de l’analyse spectrale de Hilbert (EMD + HSA). Dans une première étape, l’analyse multi-fractale est appliquée sur une mesure du SSR d'une seconde échelle à partir d'un pyranomètre SPN1 à Moufia en 2016. La moyenne infra journalière, journalière et saisonnière de la structure multi-fractale a été dérivée, et la loi d’échelle d’exposants ξ(q) a été analysée. Dans une seconde partie, l’analyse de l’intermittence est effectuée sur les mesures du SSR, d'une période d’une minute, à partir le réseau de SPN1 contenant 11 stations en 2014. Les modèles spatiaux pour toutes les stations avec les paramètres multi-fractales H,C_1 et α sont mis en évidence. La variabilité de la largeur du spectre de singularité est considérée pour étudier l'intermittence spatiale et la multi-fractalité dans l'échelle quotidienne et l'échelle saisonnière. Sur la base de ces analyses d'intermittence faites sur les mesures de plusieurs stations, les paramètres multi-fractaux universels (H,C_1 et α) pourraient être choisis comme de nouveaux prédicteurs afin d’indiquer les propriétés multi-fractales du SSR. / Due to the heterogeneous and rapidly-changing cloudiness, tropical islands, such as Reunion Island in the South-west Indian Ocean (SWIO), have significant solar resource that is highly variable from day-to-day. In this study, we propose a new approach for deterministic prediction of daily surface solar radiation (SSR) maps based on four linear regression models: multiple linear regression (MLR), principal component regression (PCR), partial least squares regression (PLSR), and stepwise regression (SR), that we have applied on the SARAH-E@5km satellite data (CM SAF) for the period during 2007-2016. To improve the accuracy of prediction, the multifractal parameters (H,C_1 and α) are proposed to include as new predictors in the predictive model. These parameters are obtained from the analysis of SSR intermittency based on arbitrary order Hilbert spectral analysis. This analysis is the extension of Hilbert Huang Transform (HHT) and it is used to estimate the generalized scaling exponent ξ(q). It is the combination of the Empirical Mode Decomposition and Hilbert spectral analysis (EMD+HSA). In a first step, the multifractal analysis is applied onto one-second SSR measurements form a SPN1 pyranometer in Moufia in 2016. The mean sub-daily, daily and seasonal daily multifractal patterns are derived, and the scaling exponent ξ(q) is analyzed. In a second step, the intermittency study is conducted on one-minute SSR measurements from a SPN1 network with 11 stations in 2014. The spatial patterns for all the stations with the multifractal parameters H,C_1 and α are shown. The variability of singularity spectrum width is considered to study the spatial intermittency at the daily and seasonal scale. Based on this intermittency analysis from measurements at several stations, the universal multifractal parameters (H,C_1 and α) could be taken as new predictors for indicating the multifractal properties of SSR.

Une demande mondiale grandissante en gaz naturel pousse à exploiter des ressources de plus en plus acides (concentration des gaz acides pouvant atteindre 20% en volume). Le procédé de traitement de gaz par des solutions d'amines, existant depuis plus de 50 ans, est le plus répandu pour éliminer les composants acides (CO2, H2S, mercaptans…). Ce procédé comporte deux unités principales : une colonne d'absorption gaz liquide à contre-courant pour la séparation des composants acides du gaz et une colonne de régénération du solvant chargé. On recherche une optimisation du design, en particulier de l'absorbeur, en vue de réduire les couts et d'augmenter l'efficacité. Dans la colonne d'absorption, le transfert de matière s'avère limitant par rapport à la thermodynamique. Ainsi l'optimisation du design de cette unité passe par une maitrise des paramètres hydrodynamiques et de transfert des contacteurs utilisés dans les colonnes. Plusieurs études existantes sur unités pilotes proposent des corrélations majoritairement empiriques pour les paramètres critiques de dimensionnement. Par ailleurs leur extrapolation à l'échelle industrielle montre une divergence importante entre les différentes corrélations. Une meilleure compréhension des phénomènes physiques ainsi qu'une identification des paramètres importants pour l'extrapolation est donc requise. Dans ce contexte, la présente thèse a comme objectif principal la compréhension de l'effet de changement d'échelle sur les paramètres hydrodynamiques et l'aire interfaciale d'échange dans le cas des plateaux à clapets. La méthodologie employée dans cette étude se base sur une complémentarité entre une étude expérimentale et le potentiel offert par les outils de simulation numérique. L'étude expérimentale s'est effectuée sur deux colonnes pilotes rectangulaires transparentes ayant deux longueurs de passe différentes. Des mesures de pertes de charge, de hauteur de l'émulsion, de rétention liquide et d'aire interfaciale d'échange ont été réalisées. Des mesures innovantes de profils de l'émulsion gaz-liquide sur un plateau sont également présentées. Les différents résultats expérimentaux ont permis la proposition d'un diagramme hydrodynamique ainsi qu'une compréhension et une analyse phénoménologique cohérente de l'écoulement sur une large gamme de vitesses liquide et gaz. La comparaison entre les deux colonnes a permis, en premier lieu, l'identification des vitesses liquide et gaz pertinentes pour l'extrapolation. Des similitudes de comportement ont été trouvées pour certains paramètres (rétention liquide moyenne, perte de charge clapets, aire interfaciale) offrant ainsi la possibilité de proposer des corrélations basées sur une description phénoménologique dépendant essentiellement de deux nombres adimensionnels que sont le nombre de Froude (comparant l’inertie gaz au poids liquide sur le plateau) et le paramètre de l’écoulement (comparant les deux inerties liquide et gaz). En revanche une influence notable de la longueur de passe est relevée. En particulier des profils de l'émulsion nettement différents entre la petite et la grande colonne ont été observés. Des risques d'extrapolation sont par conséquent pointés dans cette thèse notamment pour des paramètres tels que la hauteur de liquide clair ou la hauteur moyenne de l’émulsion. Dans une deuxième partie, l'intérêt a été porté sur la simulation numérique des écoulements sur les plateaux. L'importance et la complexité de la modélisation du terme d'interaction entre les deux phases sont soulignées. Une approche proposée dans la littérature a été testée et montre la possibilité de l'emploi des simulations CFD comme outil pour une meilleure compréhension des comportements locaux. En outre une approche de modélisation nouvelle est proposée dans une optique de valorisation des outils numériques pour l'extrapolation. / The increasing demand of natural gas has encouraged the exploration of sour ressources (concentration of acid gases (CO2, H2S, mercaptans…) reaching 20% of volume). The most popular gas sweetening process which uses amine solutions has been in use for over 50 years. This process consists of two main units: a counter current gas-liquid absorption column in which acid compounds are removed from the gas and a stripper column for loaded solvent regeneration. An optimisation is needed to reduce the over-sizing costs and enhance efficiency especially for the absorber column. For the absorption column the mass transfer is the limiting phenomenon in comparison to thermodynamics. Thus design optimisation of such units needs full knowledge of both hydrodynamic and mass transfer parameters of the contactors used in the absorbers. Several literature studies carried out on pilot units propose empirical correlations for these critical design parameters. However the extrapolation to industrial scale shows important divergences between existing correlations. It seems that a better understanding of physical phenomena as well as an identification of the key parameters for extrapolation is still needed. Under this context, the present work aims at understanding the scale effect on hydrodynamics and interfacial area on valve trays contactors. The methodology employed relies on the complementarity between experimental studies and the potential offered by numerical simulation tools. The experimental study has been carried out on two rectangular and transparent pilot columns having two different path lengths. Measurements of pressure drops, liquid retention, emulsion height and interfacial area along with innovating measurements of emulsion profiles have been made. Experimental results allowed the establishment of a hydrodynamic diagram as well as the understanding and the phenomenological analysis of the two phase flow over a large scope of gas and liquid velocities. Comparison between the two columns led, at first, to identifying pertinent liquid and gas velocities for extrapolation. Similarities between both columns were noticed for some parameters (liquid retention, valve pressure drop and interfacial area) allowing the proposition of correlations based on phenomenological description of the flow. These correlations involve mainly two non-dimensional numbers which are Froude number (comparing the gas inertia to liquid weight on the tray) and flow parameter (comparing liquid inertia to gas inertia). However an effect of path length has been observed in particular for emulsion profiles. Risks for extrapolation related to this effect have been consequently pointed out for some parameters such as clear liquid height or mean emulsion height. In a second part of the study, the interest was focused on numerical simulation of tray hydrodynamics. Importance and complexity of gas liquid interaction term modelling have been highlighted. Using a proposed approach in literature, CFD simulations with the Eulerian model under the software Ansys Fluent have been made. They proved the possibility of using numerical simulation as a mean for a better understanding of the two phase flow local behaviour. Moreover a new approach is proposed which could be used in order to make numerical tools more valuable for extrapolation.

Cette étude présente tout d'abord la récente banque de données fort mouvement pan-européen qui est mis à jour et la version étendue de bases de données paneuropéennes précédentes. Les métadonnées relatives est soigneusement compilé et réévalué. La base de données est conforme aux normes élevées pour être des ressources de la communauté paneuropéenne de génie parasismique. Ensuite, une étude empirique non linéaire place amplification modèle, fonction de la moyenne en fonction du temps de la plus haute 30m profil de vitesse des ondes de cisaillement et l'accélération maximale du sol sur le roc, est développé. L'objectif principal de tirer un tel modèle est de l'utiliser dans les équations de prédiction des mouvements du sol (GMPEs). Par ailleurs, l'évaluation des facteurs de site dans les codes de conception parasismique montre qu'il est également applicable dans les facteurs de sites informatiques. À cette fin, une autre méthodologie qui prend en compte les résultats de l'analyse de l'aléa sismique probabiliste et déterministe modèles de site est proposé. Cette étude génère GMPEs de réponse élastique ordonnées spectrales horizontale et verticale d'amortissement de 5%. Plutôt que d'équations directs pour le mouvement vertical, afin d'obtenir spectre du danger horizontale et verticale cohérente, compatible GMPE de rapport vertical à horizontal est préférable. Modèles de mise à l'échelle d'amortissement supplémentaires pour modifier les spectres horizontaux et verticaux d'autres ratios d'amortissement sont proposées. / This study firstly presents the recent pan-European strong-motion databank that is updated and extended version of previous pan-European databases. The pertaining metadata is carefully compiled and reappraised. The database meets high standards for being resource of pan-European earthquake engineering community. Then, an empirical nonlinear site amplification model, function of time-based average of uppermost 30m shear wave velocity profile and peak ground acceleration on rock, is developed. The primary aim of deriving such a model is to use it in ground motion prediction equations (GMPEs). Besides, the evaluation of site factors in the seismic design codes shows that it is also applicable in computing site factors. To this end, an alternative methodology that considers the results of probabilistic seismic hazard analysis and deterministic site models is proposed. Finally, this study generates GMPEs for horizontal and vertical elastic response spectral ordinates for different damping values between 1% to 50%. Rather than direct equations for vertical motion, to obtain consistent horizontal and vertical hazard spectrum, compatible vertical-to-horizontal ratio GMPE is preferred. Additional damping scaling models to modify horizontal and vertical spectra at other damping ratios are proposed

Cette de thèse comporte deux volets : Le premier, plutôt applicatif, concerne le design d'échangeurs à ailettes et à mousses ; le second, plus académique, traite des relations entre la texture des mousses métalliques et leurs propriétés thermophysiques effectives. Sur la première partie consacrée à l'amélioration des performances des échangeurs de chaleur Mota. Nous avons mis en place une méthode de dimensionnement multi-échelle adaptés aux batteries tubes-ailettes et aux échangeurs à mousse ; Nous avons développé et caractériser une architecture optimisée d'échangeur à mousse et à ailettes. Des gains de 50% ont été obtenus en termes d'efficacité énergétique et les solutions proposées sont actuellement en production.La deuxième partie concerne l'analyse des mécanismes de transferts dans les mousses et de la détermination de leurs propriétés effectives. Nous avons développé une approche basée sur la modélisation des transferts et écoulements à l'échelle du pore -confortée par le développement de bancs expérimentaux- pour déterminer ces propriétés. Nous avons réalisé une base de données de 900 mousses obtenues par élongation et cisaillement d'une cellule périodique de référence. Les propriétés effectives –tensorielles- de ces mousses ont été mesurées et leur dépendance à la morphologie et aux propriétés thermophysiques des phases a été étudiée.En conclusion, le dernier chapitre illustre la démarche naturelle de poursuite des travaux : Optimisation des géométries des échangeurs et des mousses selon les conditions applicatives. / This work is composed of two parts: the first one deals with the design of fins-and-tubes and metal foam heat exchangers; the second one deals with the relationship between foams morphology and their effective thermophysical properties. The first part is dedicated to Mota heat exchanger performance enhancement. We develop a multi-scale method to optimize both local heat transfer surfaces and global architecture of classical and foam units. We develop, using this method, new heat exchanger and we characterize it numerically and experimentally. An increase of 50% of energetic efficiency is obtained and new geometries are nowadays produced and commercialized. The second part deals with the analysis of transport phenomena in metal foams and the determination of their effectives properties. We develop an approach based on pore scale numerical simulation of conjugate heat transfer – validated by experimental results obtained on set-up developed for this study. We have generated 900 virtual samples obtained by deformation a periodic unit cell (Kelvin cell). Full effective properties tensors are determined. The influence of cell shape and classical geometrical parameters on physical properties is then studied. To conclude, in the last chapter, we present natural perspectives involved by this work: Geometrical optimization of heat exchanger architecture and foams morphology depending on the application; The use of a multi-scale approach to design modern –foam- heat exchangers.

L'industrie se tourne de plus en plus vers les matériaux composites. A l'échelle de la microstructure leur comportement est fortement hétérogène mais à l'échelle de la structure ceux-ci peuvent être considérés homogène. Les méthodes multi-échelles ont été développées pour résoudre les problèmes de structure avec un temps de calcul raisonnable. Ces méthodes sont validées par comparaison avec un calcul numérique où les hétérogénéités sont entièrement maillées. Dans ce travail de thèse, une structure architecturée modèle a été créée au centre d'une plaque (homogène) mince en acier inoxydable (304L). La cellule unitaire du matériau architecturé est constitué d'un carré avec un trou au centre. L'utilisation d'une caméra à très haute résolution (270 millions de pixels) permet de suivre simultanément l'évolution des déformations aux échelles microscopique et macroscopique. La variation de l'orientation de la structure architecturée modifie les sollicitations appliquées aux cellules unitaires. Les expériences réalisées ont pour but d'analyser les cinématiques de déformation des cellules unitaires sous un chargement multi-axial. La recherche des cellules ayant une cinématique périodique est réalisée. Il est ainsi montré que les cellules avec une cinématique non périodique correspondent à la zone de transition entre le matériau architecturé et le matériau homogène. La connaissance des cinématiques des cellules permet d'investiguer les changements d'échelles dans le domaine linéaire et non-linéaire. Le passage de l'échelle macroscopique à l'échelle microscopique est particulièrement étudié avec le choix des conditions aux limites. Le remplacement des cellules ayant une cinématique périodique par un milieu homogène équivalent (MHE) est traité. La géométrie de la cellule unitaire introduit des symétries dans le comportement du MHE, celui-ci devient cubique. Les caractéristiques élastiques du MHE sont obtenus par homogénéisation à partir des résultats expérimentaux. Un critère de Tsaï-Hill est identifié dans le domaine non-linéaire. Le dernier chapitre s'intéresse à la fissuration de la zone architecturée et à l'initiation de la localisation des déformations dans les cellules. Le support de la localisation est calculé à partir du champ des déformations mesuré par CIN. La cinématique de la cellule est enrichie avec une discontinuité et le saut de déplacement normal à la localisation est identifié. Une comparaison avec le saut de déplacement calculé par corrélation d'images étendue à l'échelle macroscopique est menée afin de valider la stratégie d'identification à l'échelle microscopique. / Industry employ more and more composite materials in structures todecrease the weight. At the microstructure scale behavior is strongly heterogeneous but at the structure scale behaviour may be considered homogeneous. Multiscale methods have been developed to solve the structural problems with a reasonable calculation time. These methods are validated by comparison with a numerical calculation where heterogeneities are fully meshed. In this thesis work, an ideal architectural material was created in the center of a (homogeneous) stainless steel (304L) thin plate. The unit cell architecture material consists of a square with a hole in the center. The use of a high resolution camera (270 million pixels) allows to follow simultaneously the evolution of deformation at microscopic and macroscopic scales. The orientation of the heterogeneous structure modifies the sollicitations applied to the unit cells. The experiments are designed to analyze the kinematics of deformation of the unit cells in a multi-axial loading. Unit cells with periodic kinematics are searched. It is thus shown that the cells with a non-periodic kinematic correspond to the transition zone between the homogeneous material and the architectured material. Knowledge of the kinematic cells allows to investigate the scale changings in the linear and nonlinear range. The downscaling from the macroscopic to the microscopic scale is particularly studied with the choice of boundary conditions. An equivalent homogeneous medium (MHE) is determined as a remplacement for the cells having a periodic kinematic. The geometry of the unit cell introduced symmetries in the behavior of MHE, it becomes cubic (orthotropic with material parameters). The elastic characteristics of the MHE are obtained by homogenization from the experimental results. A criterion of Tsai-Hill is identified in the non-linear domain. The last chapter is interested in cracking of the architected zone and the initiation of strain localization in cells. The support of location is calculated from the strain field measured by correlation. The kinematics of the cell is enriched with a discontinuity and the displacement jump normal to the localization is identified. A comparison with the displacement jump calculated by extended digital image correlation at the macroscopic scale is conducted to validate the identification strategy at the microscopic level.