Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation distribuée de la partition ruissellement-infiltration en milieu naturel. Notre démarche consiste à étudier la réponse de systèmes naturels complexes à partir de mesures locales, d’expérimentations numériques et de modèles distribuées. Les expériences de la parcelle de Thiès (40m2), au Sénégal, montrent que les hétérogénéités de rugosités mettent en défaut les lois de friction classiques (Manning, Darcy- Weisbach) des modèles de ruissellement qui sous estiment les hautes vitesses. Deux lois qui prennent en compte la hauteur de submersion de la rugosité de manière physique ou empirique sont testées. Dans le bassin versant de Houay Pano, les données obtenues sous pluie simulées, sur des placettes de 1m2, permettent de mettre en évidence l’effet des hétérogénéités, en particulier en terme d’encroutement du sol et de végétation, sur le ruissellement intégré spatialement. L’infiltration moyenne apparait comme dépendante de l’intensité de pluie et l’effet d’une distribution statistique d’infiltrabilité sur le transitoire et le permanent d’infiltration est étudié. La distribution exponentielle d’infiltrabilité semble la plus adaptée, elle est utilisée pour analyser la variabilité spatiale et temporelle de la production de ruissellement dans le bassin versant sous pluie naturelle. Enfin, ce modèle exponentiel, simple mais pertinent à l’échelle du mètre, est implémenté pour représenter un pixel de base dans un modèle de ruissellement-infiltration à l’échelle d’un sous bassin versant de 0.5 ha et différents scénarios de modélisation sont envisagés / This work deals with distributed modeling of runoff-infiltration processes in a natural environment. The response of complex natural systems is studied from local measurements, numerical investigations and distributed models. Experiments held in Thies, Senegal, on a 40m2 plot show that the heterogeneity of the surface put in the wrong classical friction laws (Manning, Darcy-Weisbach) of runoff models, because they underestimate high velocities. Two laws, taking physically or empirically into account the submersion of rugosity, are tested. In the Houay Pano catchment, we highlight from simulated rainfall experiments on 1m2 plots the effects of heterogeneities, mainly due to soil crusting and vegetation, on the spatially integrated runoff. We observed that the mean infiltration rate is dependent of the rainfall intensity and studied the effects of a statistical distribution of infiltrabilities on permanent and non-permanent infiltration. The exponential distribution of infiltrabilities appeared to be the best suited distribution. It is used to analyze spatial and temporal variability of runoff production in the catchment under natural rainfall, in order to obtain a per land use characterization of infiltration. Eventually, this simple but accurate model at the meter scale is implemented as a base pixel into a runoff-infiltration model at the sub-catchment scale (0.5 ha)

Dans cette thèse, des considérations fondamentales de modélisation des phénomènes de rupture sont abordées pour des systèmes discrets endommageables. Le but est d’établir, en commençant par des problèmes structuraux simples, un pont entre la Mécanique de l’Endommagement Discret (MED) et celle de la Mécanique de l’Endommagement Continu (MEC) non local. Il est actuellement admis que la MEC doit être considérée dans un cadre non local afin d’obtenir des résultats cohérents, notamment lors de la modélisation numérique de phénomènes de radoucissement basés sur des lois d’endommagement. Nous appuyons cette non-localité sur l’échelle de la microstructure du matériau. A l’aide d’une procédure de continualisation et l’utilisation de l’approximant de Padé, nous avons pu obtenir l’expression analytique de l’approximation continue non-locale offrant une représentation très fidèle du comportement du problème discret dans tout le processus d’endommagement. Nous étudions les systèmes de la chaîne axiale discrète en traction, de la poutre console discrète en flexion ainsi que de la membrane microstructurée sous pression uniforme. Le système discret est tout d’abord résolu puis les équations discrètes sont continualisées pour obtenir un modèle non local continu. Pour chacun de ces problèmes une attention toute particulière est portée aux conditions aux limites du problème continualisé, dont l’importance est illustrée tout au long de ce manuscrit. / In this thesis, some fundamental considerations of the modeling of failure are addressed for discrete damage systems. The goal is to establish, starting with simple structural problems, a bridge between the Discrete Damage Mechanics (DDM) and that of the non-local Continuum Damage Mechanics (CDM). It is currently accepted that DDM systems must be considered in a non-local framework to obtain consistent results, especially during numerical modeling of softening phenomena based on damage laws. We support this non- locality on the scale of the microstructure of the material. Using a continualisation procedure and with the use of the Padé approximant, we were able to obtain the analytic expression of the non-local continuous approximation offering an accurate simulation of the discrete problem for the whole damage process. We study the systems of the discrete axial chain under traction, the discrete bending beam and the microstructured membrane under uniform pressure. The discrete system is first solved, then the discrete equations are continualised to obtain a non-local continuum model. For each of these problems, careful attention is paid to the boundary conditions of the continual problem, the importance of which is illustrated throughout this manuscript.

Ce travail de thèse concerne le développement de la synthèse de différents types de nanocristaux (NCs) fluorescents de semi-conducteurs II-VI et III-V en vue de leur production à plus grande échelle. Les principaux intérêts de ces NCs pour de nombreuses applications (marquage biologique, diodes électroluminescentes, etc.) sont la possibilité d'ajuster leur couleur d'émission avec leur taille, leur rendement quantique de fluorescence élevé et leur stabilité. Nos études ont d'abord porté sur le système le plus connu, le CdSe, puis sur d'autres semi-conducteurs II-VI (CdS, Cd1-xZnxSe) et un composé III-V (InP). Le système réactionnel choisi est basé sur la méthode d'injection rapide des précurseurs dans un solvant organique à température élevée. Dans le but de l'augmentation de l'échelle de synthèse, les précurseurs et solvants ont été sélectionnés selon les critères de faible coût, disponibilité commerciale et facilité de manipulation (stabilité à l'air, toxicité). Nous avons effectué un plan d'expériences avec la méthode de Taguchi afin de déterminer l'influence de différents facteurs (concentration en réactifs, nature du ligand, température, ...) sur la taille et la dispersion en taille des NCs avec un minimum d'expériences. Pour l'utilisation de quantités plus importantes un montage permettant une injection automatisée des précurseurs dans un réacteur de 2 litres a été développé. Ceci a permis la synthèse de NCs de CdSe avec une augmentation de l'échelle d'un facteur 20. Nous avons ainsi obtenu des lots de plusieurs grammes de trois tailles distinctes de NCs de CdSe monodisperses. Dans le but d'améliorer le rendement quantique de fluorescence des NCs et d'augmenter leur stabilité, nous avons fait croître une coquille d'un semi-conducteur à gap plus grand à leur surface. Afin d'éviter l'utilisation de réactifs pyrophoriques pour la croissance de coquille, nous avons développé de nouveaux précurseurs pour les coquilles de CdS et ZnS, l'éthylxanthate de cadmium et l'éthylxanthate de zinc. Ces précurseurs monomoléculaires sont stables à l'air, faciles à synthétiser, peu chers et se décomposent à des températures adaptées pour la croissance de coquilles. Les NCs obtenus à base de CdSe, de CdS, de Cd1-xZnxSe et d'InP présentaient des rendements quantiques de fluorescence entre 40 et 70%. Un mélange dans certaines proportions des NCs émettant dans le bleu, le vert et le rouge a permis de générer de la lumière blanche stable dans le temps.

Dans les appareils de robinetterie équipant les centrales nucléaires, l'étanchéité interne est réalisée par le contact direct entre surfaces métalliques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'étude de fuites liquides au travers d'un contact entre deux surfaces rugueuses serrées l'une contre l'autre. Deux approches sont menées en parallèle : l'une théorique/numérique, l'autre expérimentale. Les modèles mis en place permettent de prédire les fuites à partir des textures non déformées des surfaces en contact et en fonction du serrage appliqué. Les déformations des surfaces sont tout d'abord calculées à l'aide d'un modèle semi-analytique élasto-plastique parfait. L'écoulement liquide est ensuite résolu au travers du champ d'ouverture résultant. Des modèles pour caractériser et simuler les textures rugueuses ont également été développés à partir d'une approche fractale, permettant ainsi de prédire les fuites à partir d'outils purement numériques, sans avoir recours à la mesure d'états de surfaces. Grâce à ces modèles, une corrélation a pu être établie entre les textures des surfaces et les performances du contact vis-à-vis de l'étanchéité. Pour tester les modèles mis en place, des mesures de débits de fuite au travers de contact rugueux ont de plus été effectuées. La confrontation directe entre essais et simulation a montré que les modèles surestiment les débits de fuite, en particulier à fort serrage. Une étude détaillée de la chaîne de prédiction a permis de montrer que les écarts proviennent principalement du modèle de déformation. Une modélisation prenant en compte le caractère hétérogène du matériau semble une piste intéressante pour améliorer les prédictions.

Le travail présenté dans cette thèse aborde la question de faire ou faire-faire de point de vue de l'optimisation des flux de produits dans la chaîne logistique. Plus particulièrement, il a pour objectif de définir un outil d'aide à la décision pour le choix de faire ou faire-faire. Dans un premier temps, et en considérant une structure linéaire pour les coûts nous nous sommes basés sur la programmation linéaire pour modéliser le problème. La modélisation est effectuée en deux étapes : d'abord en supposant que le choix concerne uniquement les produits finis de l'entreprise, ensuite en supposant que le choix touche également ses composants ce qui nous ramène à considérer toute la chaîne logistique du produit. Un outil d'aide à la décision est développé à la base de ce dernier modèle afin de tester différentes stratégies de réseautage. Dans un second temps, nous avons généralisé notre modèle en prenant en compte les économies d'échelle dans les coûts de transport. On se ramène à un programme non linéaire pour lequel nous avons proposé une méthode de résolution basée sur une linéarisation par morceaux de la fonction des coûts de transport. Dans un troisième temps, nous avons proposé de valider la structure de la chaîne ainsi configurée en réponse au choix de faire ou de faire-faire en supposant une politique de gestion de stock basée sur les économies d'échelle.

Ce travail de thèse traite de la relation entre les propriétés thermiques effectives de matériaux fibreux à base de bois d'une part et leur microstructure d'autre part. La technique de prise de moyenne est utilisée, dans le cadre général du non-équilibre thermique local, pour écrire les équations de transfert macroscopique de matériaux pouvant présenter une anisotropie locale de conductivité thermique (liée ici aux propriétés intrinsèques des fibres de bois) et exprimer le tenseur de conductivité thermique effective. Le modèle est renseigné par l'analyse quantitative d'images 3D de matériaux réels acquises par microtomographie X. Des outils issus de la morphologie mathématique sont mis en oeuvre pour caractériser finement la microstructure du réseau fibreux et en quantifier l'anisotropie locale et globale. Un volume élémentaire représentatif (VER) qui satisfait aux contraintes de la méthode de prise de moyenne peut être défini grâce à ces informations. Une méthode de segmentation basée sur un algorithme de squelettisation par amincissement homotopique est également développée afin d'identifier chaque fibre individuellement, ce qui permet d'accéder à de nombreux paramètres comme la longueur, la tortuosité ou encore le nombre de contacts. Le modèle thermique macroscopique développé ainsi que son implémentation numérique sont d'abord validés par une comparaison avec les prédictions théoriques dans des cas simples puis les valeurs des tenseurs de conductivité thermique effective, obtenus à partir des images de différents matériaux, sont finalement confrontés aux résultats expérimentaux.

La plupart des séries d'observations hydrologiques possèdent des caractéristiques peu communes (grande variabilité sur une large gamme d'échelles spatiales et temporelles, périodicité, corrélation temporelle à faible décroissance), difficiles à mesurer (séries tronquées et intégrées sur des pas de temps qui ne respectent pas la nature du phénomène) et compliquées à intégrer dans un modèle stochastique classique (ARMA, Markov). Le modélisateur doit aussi faire face aux problèmes liés à l'échelle : en hydrologie (et en météorologie) où les données sont issues de pas de temps très divers, il est particulièrement intéressant de disposer de modèles à la fois capable d'intégrer des données à pas de temps différents et de fournir des résultats à un pas de temps différent de celui des entrées (désagrégation ou agrégation de séries temporelles).Ce travail de thèse explore les possibilités d'application d'un nouveau type de modèle, les modèles multifractals, qui traduisent le plus simplement possible des propriétés d'invariance de certains paramètres (invariance spatiale, temporelle ou spatio-temporelle). En particulier, dans les modèles de cascades multifractales de générateur algébrique, c'est le coefficient de décroissance algébrique qui est un invariant d'échelle. Des résultats issus de la théorie probabiliste des valeurs extrêmes sont dès lors très utiles pour estimer ce paramètre. L'élaboration d'un outil statistique capable de détecter un comportement algébrique et d'estimer le paramètre de décroissance algébrique constitue une étape préalable au développement de cette thèse. Il est aussi montré dans ce travail, que la forme de dépendance (longue ou courte) des modèles en cascade multifractale diffère selon le générateur de la cascade.<br />L'étude exploite une base de données de 232 séries annuelles de divers sites, de nombreuses séries de pluie à divers pas de temps (mois, jour, heure, minute) ainsi que quelques séries de débits. Elle conduit aux résultats suivants :<br />- Les lois de type algébrique sont adaptées à la modélisation des grandes périodes de retour des séries de pluie étudiées.<br />- Sur ces mêmes séries, le coefficient de décroissance algébrique est un paramètre invariant d'échelle (sur des gammes d'échelles supérieures à l'heure).<br />- L'estimation de ce coefficient en divers sites à travers le monde est très peu variable.<br />- La propriété de longue dépendance est décelable au sein de certaines séries de débits, notamment des séries de rivières sur craie.<br />Ces résultats incitent donc à l'emploi de cascades multifractales pour la modélisation des séries de pluie, bien qu'un travail concernant la détection et l'estimation de longue dépendance reste à accomplir pour que le choix du générateur respecte la forme de dépendance de la série.

Le but de ce travail était l'étude de la dynamique des vortex dans des couches minces au voisinage de la transition "solide de vortex - liquide de vortex". Cette région du diagramme de phase (H <= 6 T, 80 <= T <= 100 K) n'est que très peu étudiée dans une large gamme de fréquences jusqu'à 20 GHz. Nous présentons une nouvelle méthode d'étalonnage large bande travaillant à basse température. Sa validation par des mesures de microrubans métalliques, ainsi que la comparaison avec un étalonnage largement utilisé montrent ses performances. L'analyse des résultats est effectuée dans le cadre d'une théorie de champ moyen de la réponse ac des vortex et dans le cadre de la théorie des lois d'échelle au voisinage de la température de transition Tg. Nous démontrons que la théorie champ moyen n'arrive pas à rendre compte de façon cohérente des résultats si l'on veut expliquer à la fois la variation en fréquence et en champ de la partie réelle et imaginaire de l'impédance linéique Zl. L'analyse de type "lois d'échelle" semble bien vérifiée à Tg sur toute la gamme de fréquence contrairement à ce qui est suggéré dans la littérature. Les exposants critiques obtenus sans champ et sous champ étant nettement différents, nous pouvons en déduire que les classes d'universalité sont différentes. Nous avons finalement mis en évidence un comportement original de la partie imaginaire de la conductivité o2 qui au-delà d'une certaine température augmente avec la fréquence. Ce comportement s'observe quelque soit le champ H, mais la température d'apparition de cet effet évolue en suivant la ligne où dp/dT est maximale. Ce phénomène attend pour le moment une explication théorique.

A travers cette thèse, nous envisageons de distinguer expérimentalement les différents stades intervenant dans le micro-développement de la fatigue à travers le concept de criticalité auto-organisée (SOC). Nous démontrons que le processus d'endommagement par fatigue appartient à cette classe de systèmes et la théorie de la SOC est utilisée pour construire des indicateurs du régime dissipatif du matériau. Ces indicateurs sont construits à partir de l'étude de la structure statistique multi-échelle des signaux acoustiques intermittents générés par le chargement cyclique d'une éprouvette. L'originalité de la démarche tient dans l'interprétation des statistiques à travers le cadre de la SOC qui permet la comparaison avec de nombreux phénomènes naturels. Cette thèse a permis de révéler différents régimes dissipatifs dans la fatigue des alliages à mémoire de formes au moyen d'enregistrements acoustiques et de montrer que chacun de ces régimes est décrit par une structure temps-énergie spécifique illustrée à travers le concept de SOC et les distributions en loi puissance associées. Enfin, une analyse multi-échelle est menée pour souligner qu'une même dynamique critique peut s'appliquer de l'échelle des tremblements de terre à l'échelle microscopique d'une éprouvette.

Parmi les différents procédés d'élaboration de minigranules, le procédé d'extrusion-sphéronisation présente de nombreux avantages, puisqu'il permet notamment d'élaborer des minigranules fortement chargées en principe actif et d'éviter l'emploi de solvants organiques. Ce travail a pour objectif de comparer les performances de plusieurs systèmes d'extrusion à vis, de l'échelle du laboratoire jusqu'à la transposition à l'échelle industrielle. Pour cela, des plans d'expériences ont été construits afin d'identifier les variables critiques et de sélectionner l'extrudeur le plus favorable selon différentes approches spécifiques à cette étude. En effet, le système d'extrusion idéal est défini dans ce travail comme celui donnant les meilleurs résultats en termes de productivité et de caractéristiques des minigranules (" qualité "), entraînant le moins d'impact sur le produit après transposition d'échelle (" transposabilité "), montrant le moins d'influence sur le produit lorsque la formule utilisée change (" robustesse "), et permettant d'ajuster ou d'améliorer la qualité des minigranules lorsque les conditions opératoires varient (" flexibilité "). Quelle que soit l'approche étudiée, les résultats ont permis de mettre en évidence l'influence de paramètres critiques et de leurs interactions sur les différentes réponses et ont montré des différences entre les différents systèmes d'extrusion. L'étude à l'échelle du laboratoire a permis de comparer les extrudeurs radial, dôme et frontal et a mis en évidence l'intérêt des systèmes frontal et dôme en termes de qualité des minigranules, et du système radial en termes de robustesse et de flexibilité du procédé. L'étude à l'échelle industrielle a permis de comparer les extrudeurs radial et frontal, et a permis d'identifier l'extrudeur frontal comme étant le plus favorable en termes de qualité des minigranules, de robustesse, de flexibilité et de transposabilité. Les conclusions observées à l'échelle industrielle sont donc différentes de celles considérées à l'échelle du laboratoire, pour l'étude comparative des différents systèmes. Cela confirme l'importance de tester les systèmes à échelle industrielle avant l'acquisition d'un équipement.