Ce travail de thèse vise à modéliser et simuler la séparation de phase d’un système polymère solvant afin de comprendre, prédire et maitriser la dynamique de formation de membranes poreuses. L’équation phénoménologique proposée de Cahn-Hilliard, couplée à un champ de vitesse (Modèle H dans la classification de Hohenberg et Halperin) sera utilisée pour décrire l’inversion de phase induite par un changement de température (procédé TIPS), le système PMMA/cyclohexanol étant pris comme système de référence.Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à étudier de façon systématique l’influence du terme de mobilité sur la dynamique de séparation de phase, sans couplage avec l’hydrodynamique en 2D. Un analyse des lois de croissance des structures formées a été réalisée via une analyse des images par transformée de Fourier et une analyse spécifique des patterns a été effectuée via l’analyse originale des descripteurs de Minkowski. Dans une seconde partie de la thèse, nous avons étudié le couplage entre la séparation de phase et l’hydrodynamique, en 2D et 3D. Enfin, nous avons intégré dans une dernière partie le couplage entre la séparation de phase, l’hydrodynamique et les phénomènes de transferts de matière aux interfaces induits notamment par l’évaporation du solvant au cours de la formation d’une membrane. / The thesis aimed at modeling and simulating the phase separation dynamics of a polymeric system (polymer/solvent or polymer/solvent/non-solvent) for better understanding and controlling the formation mechanisms of porous polymeric membranes. The equation of Cahn and Hilliard (1956)[1] was used and coupled to a hydrodynamic model (H model in the classification of Hohenberg et Halperin (1977)[2]) to simulate the phase inversion in closed system.In a first stage, hydrodynamics was not coupled to Cahn-Hilliard equation and the work focused on the mobility term in the Cahn-Hilliard equation and its influence on the phase separation dynamics (pattern evolution, growth law of the characteristic structures). The patterns were analyzed by Fourier transform and an original analysis was also performed using the Minkowski descriptors.In a second part of the thesis, we coupled the Cahn-Hilliard equations with Navier-Stokes equations and the influence of this coupling on the membrane formation dynamics was investigated.Then, in order to simulate the membrane formation in a context closer to reality, transfer phenomena were simulated at the upper interface of the domain to describe solvent evaporation during demixing process.Finally, the simulations were extended to ternary systems (polymer/solvent/non-solvent) systems since most of industrial polymer membranes involve are prepared from ternary system, with NIPS process (Non-solvent Induced Phase Separation) or dry casting process (differential evaporation between solvent and non-solvent).

Le Large Hadron Collider (LHC) du CERN, avec un périmètre de 26,7 km, est la plus grande machine jamais construite et l'accélérateur de particules le plus puissant, à la fois par l'énergie des faisceaux et par leur intensité. Les aimants principaux sont supraconducteurs, et maintiennent les particules en deux faisceaux circulants à contre-sens, qui entre en collision en quatre points d'interaction différents. Ces aimants doivent être protégés contre les pertes de faisceau : ils peuvent subir une transition de phase et redevenir résistifs, et peuvent être endommagés. Pour éviter cela, des moniteurs de pertes de faisceau, appelés Beam Loss Monitors (BLM) ont été installés. Si les seuils de pertes maximum autorisées sont dépassés, les faisceaux sont rapidement enlevés de la machine. Les détecteurs du système BLM sont en majorité des chambres d'ionisation situées à l'extérieur des cryostats. Au total, plus de 3500 chambres d'ionisation sont installées. Les difficultés supplémentaires comprennent la grande amplitude dynamique des pertes : les courants mesurés s'échelonnent de 2 pA jusqu'à 1 mA. Le sujet de cette thèse est d'étudier les structures de pertes et de trouver l'origine des pertes de façon déterministe, en comparant des profils de pertes mesurés à des scénarios de pertes connus. Ceci a été effectué par le biais d'une étude de cas : différentes techniques ont été utilisées sur un ensemble restreint de scénarios de pertes, constituant une preuve de concept de la possibilité d'extraire de l'information d'un profil de pertes. Trouver l'origine des pertes doit pouvoir permettre d'agir en conséquence, ce qui justifie l'intérêt du travail doctoral. Ce travail de thèse se focalise sur la compréhension de la théorie et la mise en place de la décomposition d'un profil de pertes mesuré en une combinaison linéaire des scénarios de référence; sur l'évaluation de l'erreur sur la recomposition et sa validité. Un ensemble de scénarios de pertes connus (e.g. l'augmentation de la taille du faisceau dans les plans vertical et horizontal ou la différence d'énergie lors de mesures de profils de pertes) ont été réunis, permettant l'étude et la création de vecteurs de référence. Une technique d'algèbre linéaire (inversion de matrice), l'algorithme numérique de décomposition en valeurs singulières (SVD), a été utilisé pour effectuer cette décomposition vectorielle. En outre, un code spécifique a été développé pour la projection vectorielle sur une base non-orthogonale d'un sous-espace vectoriel. Ceci a été mis en place avec les données du LHC. Ensuite, les outils de décomposition vectorielle ont été systématiquement utilisés pour étudier l'évolution temporelle des pertes : d'abord par la variation d'une seconde à l'autre, puis par différentes comparaisons avec un profil de pertes par défaut calculé pour l'occasion. Puis, les résultats des décompositions ont été calculés pour les pertes à chaque seconde des périodes de ''faisceaux stables'' de l'année 2011, pour l'étude de la distribution spatiale des pertes. Les résultats obtenus ont été comparés avec les mesures d'autres instruments de faisceau, pour permettre différentes validations. En conclusion, l'intérêt de la décomposition vectorielle est présenté. Ensuite, l'annexe A, décrit le code développé pour permettre l’accès aux données des BLMs, pour les représenter de façon utilisable, et pour les enregistrer. Ceci inclus la connexion à différentes bases de données. L'instrument utilise des objets ROOT pour envoyer des requêtes SQL aux bases de données ainsi que par une interface Java, et est codé en Python. Un court glossaire des acronymes utilisés dans cette thèse est disponible à la fin du document, avant la bibliographie. / CERN's Large Hadron Collider (LHC) is the largest machine ever built, with a total circumference of 26.7 km; and it is the most powerful accelerator ever, both in beam energy and beam intensity. The main magnets are superconducting, keeping the particles into two counter circulating beams, which collide in four interaction points. CERN and the LHC will be described in chap. 1. The superconducting magnets of the LHC have to be protected against particle losses. Depending on the number of lost particles, the coils of the magnets will become normal conducting and/or will be damaged. To avoid these events a beam loss monitoring (BLM) system was installed to measure the particle loss rates. If the predefined safe thresholds of loss rates are exceeded, the beams are directed out of the accelerator ring towards the beam dump. The detectors of the BLM system are mainly ionization chambers located outside of the cryostats. In total, about 3500 ionisation chambers are installed. Further challenges include the high dynamical range of losses (chamber currents ranging between 2 pA and 1 mA). The BLM system will be further described in chap. 2. The subject of this thesis is to study the loss patterns and find the origin of the losses in a deterministic way, by comparing measured losses to well understood loss scenarios. This is done through a case study: different techniques were used on a restrained set of loss scenarios, as a proof of concept of the possibility to extract information from a loss profile. Finding the origin of the losses should allow acting in response. A justification of the doctoral work will be given at the end of chap. 2. Then, this thesis will focus on the theoretical understanding and the implementation of the decomposition of a measured loss profile as a linear combination of the reference scenarios; and the evaluation of the error on the recomposition and its correctness. The principles of vector decomposition are developed in chap. 3. An ensemble of well controlled loss scenarios (such as vertical and horizontal blow-up of the beams or momentum offset during collimator loss maps) has been gathered, in order to allow the study and creation of reference vectors. To achieve the Vector Decomposition, linear algebra (matrix inversion) is used with the numeric algorithm for the Singular Value Decomposition. Additionally, a specific code for vector projection on a non-orthogonal basis of a hyperplane was developed. The implementation of the vector decomposition on the LHC data is described in chap. 4. After this, the use of the decomposition tools systematically on the time evolution of the losses will be described: first as a study of the variations second by second, then by comparison to a calculated default loss profile. The different ways to evaluate the variation are studied, and are presented in chap. 5. The next chapter (6) describes the gathering of decomposition results applied to beam losses of 2011. The vector decomposition is applied on every second of the ``stable beans'' periods, as a study of the spatial distribution of the loss. Several comparisons of the results given by the decompositions with measurements from other LHC instruments allowed different validations. Eventually, a global conclusion on the interest of the vector decomposition is given. Then, the extra chapter in Appendix A describes the code which was developed to access the BLM data, to represent them in a meaningful way, and to store them. This included connecting to different databases. The whole instrument uses ROOT objects to send SQL queries to the databases, as well as java API, and is coded in Python. A short glossary of the acronyms used here can be found at the end, before the bibliography.

Cette thèse porte sur la mesure et la compréhension des inégalités des chances en santé c'est-à-dire aux inégalités attribuables à des facteurs ne relevant pas de la responsabilité individuelle, tel que le milieu d'origine. Nous portons un intérêt spécifique à la contribution des comportements de santé dans la construction de ces inégalités. Nous développons notre analyse à travers trois axes : (i) la mesure de l'importance respective des conditions de vie dans l'enfance, du niveau d'éducation et des comportements de santé dans l'explication des inégalités de santé ; (ii) l'analyse des mécanismes en jeu dans la transmission intergénérationnelle des comportements de santé avec l'exemple du tabagisme et des habitudes de soins ; (iii) la mesure des différences entre pays européens dans les inégalités des chances en santé. Les analyses empiriques combinent des données prospectives d'une cohorte britannique ainsi que des données rétrospectives issues d'une enquête française et d'une enquête européenne. Les résultats soulignent la contribution aux inégalités de santé des conditions de vie dans l'enfance et du niveau d'éducation de façon directe et de façon indirecte par les comportements de santé. / This thesis focuses on the measurement and the understanding of inequality of opportunity in health which are inequalities related to factors beyond the individual responsability, such as the individual's social background. We focus on the contribution of health-related behaviors in the construction of these inequalities. Our analysis is based on three topics: (i) the measure of the respective contribution of early-life conditions, education and lifestyles to health inequality ; (ii) the analysis of the intergenerational transmission of health-related behaviors with the example of smoking and health care habits ; (iii) the measure of cross-country differences in inequality of opportunity in health with a European perspective. Empirical analysis are conducted with both prospective data using a British cohort and retrospective data using a French study and a European study. The results emphasize the contribution of early-life conditions and education to health inequality both directly and indirectly through lifestyles.

Dans ce travail de thèse, une stratégie de calcul multi-échelle en dynamique transitoire basée sur la méthode LATIN est proposée. Ce travail fait suite, entre autre, à la thèse de H. Lemoussu qui a appliqué la méthode LATIN dans sa version mono-échelle au cas de la dynamique, ainsi qu'aux avancées plus récentes concernant l'introduction d'une vision à deux échelles au sein de la méthode LATIN pour des calculs statiques et quasi-statiques. Notre but a été d'étendre cette vision à deux échelles au cas de la dynamique transitoire. Une écriture de la stratégie de résolution multi-échelle est proposée pour le cas de la dynamique. Ce travail a permis de mettre en évidence plusieurs particularités de la méthode au sujet des conditions d'admissibilité des quantités macroscopiques en dynamique. L'introduction de l'approche multi-échelle en dynamique a permis d'obtenir l'extensibilité numérique de la méthode de décomposition de domaine pour le cas des interfaces. L'autre volet de cette thèse concerne la prise en compte de variabilité paramétrique en dynamique transitoire. Le but était ici de s'appuyer sur le savoir faire du LMT-Cachan, en matière de technique de calcul multi-résolution pour des problèmes avec contact pour développer une stratégie de calcul multi-résolution multi-échelle en dynamique, apte à prendre en compte les incertitudes, tout en diminuant de façon drastique le coût de calcul par rapport aux approches conventionnelles.

Ce travail a pour but de concevoir des outils d'analyse d'image 3D de matériaux poreux, obtenues par microtomographie à rayons X, afin de caractériser géométriquement la structure micronique des pores et de mettre en évidence le lien entre microgéométrie et propriétés de transport macroscopiques. Partant d'une image segmentée, une séquence complète de traitements (filtrage d'artefacts, squelettisation, LPE, etc.) est proposée pour positionner et délimiter les pores. Une comparaison aux techniques existantes est faite, et une méthodologie qualifiant la robustesse des procédures est présentée. Cette décomposition est utilisée, premièrement pour extraire des descripteurs géométriques de la microstructure porale qui sont examinés en rapport avec la perméabilité intrinsèque ; deuxièmement pour aider à la construction d'un réseau de pores permettant d'effectuer des simulations numériques.

Les composites stratifiés sont aujourd'hui fortement utilisés dans l'industrie. Ils permettent en effet une conception optimisée des structures et offrent ainsi une réponse aux contraintes énergétiques auxquelles font face les industriels. Cependant, la prévision par le calcul de leur comportement sous charge et de leur dégradation progressive soulève une difficulté : la modélisation du matériau doit être réalisée à une échelle très inférieure à celle de la structure. On se concentre ici sur les modèles de zone cohésive qui, depuis les vingt dernières années, ont démontré leur aptitude à la prédiction du délaminage. La taille des problèmes résultant de la simulation de l'évolution de structures industrielles par ce type de modèle est considérable. Leur résolution requiert alors l'utilisation de stratégies de calcul intensif. Dans ces travaux, le problème non linéaire posé à chaque piquet de temps du schéma d'intégration temporel est résolu par une méthode de décomposition de domaine à trois échelles. L'introduction des différents niveaux de résolution permet de traiter les informations de l'échelle fine, de l'échelle du pli et de l'échelle de la structure de manière adaptée au cours des itérations, et ainsi d'assurer l'efficacité de la méthode proposée, en termes de taux de convergence et d'aptitude à la parallélisation. Cette stratégie est ensuite aménagée pour résoudre les difficultés liées aux non-linéarités fortement localisées et aux éventuelles instabilités engendrées par le comportement adoucissant du matériau simulé.

Dans les écosystèmes tropicaux de plantation à croissance rapide, la matière organique du sol (MOS) joue un rôle essentiel pour le maintien de la fertilité et la durabilité de la production. L'objectif principal de cette étude était de comprendre et de modéliser la dynamique de décomposition de la MOS sous plantation industrielle d'Eucalyptus, en relation avec les facteurs du milieu et les pratiques sylvicoles. L'utilisation couplée de traceurs isotopiques (13C en abondance naturelle dans une transition savane/eucalyptus et 15N en enrichissement) et de fractionnement granulométrique a permis de suivre le devenir d'intrants minéraux sous forme d'engrais marqué et organiques sous forme de chute de litière et de résidus d'exploitation. Des expériences de décomposition de litière enrichie en 15N, mises au point sur des hêtraies en milieu tempéré et reproduites au Congo, ont servi à l'élaboration et la calibration d'un modèle d'évolution continue du carbone et de l'azote dans la MOS.

La prédiction du comportement de structures complexes mettant en jeu au moins deux échelles très différentes, tant spatiales que temporelles, nécessite le développement de méthodes de calcul avancées. Ce travail se base sur une stratégie de calcul multiéchelle récemment proposée au LMT-Cachan. Il s'agit d'une méthode de décomposition de domaine mixte qui intègre une procédure d'homogénéisation automatique en espace et en temps, ne présentant pas les inconvénients des méthodes d'homogénéisation classiques. Ce travail de thèse a pour objectif d'améliorer les performances et la robustesse de l'approche dans le cadre de problèmes tridimensionnels complexes (problèmes d'évolution viscoélastique avec contact frottant). Une procédure d'enrichissement automatique de l'espace macroscopique en temps est proposée pour conférer à la méthode l'extensibilité partiellement perdue dans certains cas de non-linéarités. Une nouvelle technique d'approximation spatio-temporelle adaptative (basée sur l'approximation radiale) est introduite dans le cas des matériaux à variables internes, afin de réduire le nombre de calculs et d'accroître la robustesse de l'approche. Enfin d'une manière générale, un certain nombre d'outils sont proposés pour réduire la taille des problèmes et maîtriser d'avantage les techniques d'approximations avancées utilisées. Les contributions proposées sont illustrées sur des exemples tridimensionnels issu d'un code éléments finis développé pendant la thèse.

Il s'agit de concevoir une machine à induction à cage bobinée sur dents. Ce bobinage est très intéressant car il permet d'obtenir des têtes de bobines très courtes induisant un gain de place important. Cependant, il produit beaucoup d'harmoniques d'espace dans l'entrefer, donnant naissance à des harmoniques de courants parcourant la cage de la machine. Ces derniers créent des couples parasites s'opposant fortement au couple principal du au fondamental du courant rotorique. Nous rappelons brièvement le fonctionnement d'une machine asynchrone et plus spécifiquement le bobinage des machines alternatives. Nous décrivons ensuite les différentes structures possibles de bobinages sur dents. Par la suite, nous cherchons à réduire les harmoniques d'espace de force magnétomotrice créés dans l'entrefer. Nous mettons également en place un premier critère permettant de dimensionner les paramètres géométriques d'un stator ainsi qu'un second critère pour définir un meilleur moteur du point de vue de la puissance utile disponible.

Les écosystèmes alpins, au même titre que les écosystèmes arctiques, séquestrent des quantités importantes de carbone dans leurs sols. Dans ces écosystèmes, la topographie locale détermine la répartition de la neige; un facteur qui, sur le court terme, affecte les paramètres physiques de l'environnement (effets directs) et qui, sur le long terme, a sélectionné des communautés végétales et microbiennes très différentes aux deux extrêmes du gradient de mésotopographie (effets indirects). Au regard des modifications futures des régimes d'enneigement prédits par les différents modèles climatiques, cette étude vise à explorer les contrôles directs et indirects exercés par l'enneigement sur la fixation du CO2 et la minéralisation du carbone organique dans les écosystèmes alpins. Les paramètres physiques des sols (eau et température) ont été mesurés pendant plusieurs années révélant les effets directs. Afin de quantifier les effets indirects de l'enneigement sur les flux biogéochimiques, nous avons utilisé les caractéristiques fonctionnelles des végétaux (leurs traits). Différentes approches (mesures in situ, manipulations expérimentales et modélisation) ont été employées. Cette étude démontre que la fixation du carbone le long des gradients de mésotopographie est à la fois déterminée par les traits fonctionnels végétaux, les propriétés des canopées et la longueur de la saison de végétation. Un allongement de la saison de végétation devrait entraîner une augmentation marquée de la production primaire si les événements de gel en début de saison de végétation demeurent limités. La minéralisation du carbone est au contraire largement dépendante de la qualité de la matière organique contenue dans les sols. Des changements de composition en traits fonctionnels de la végétation, notamment ceux affectant les concentrations en lignine des litières, devraient avoir un impact déterminant sur les vitesses de minéralisation de la matière organique. Enfin, l'étude des flux de carbone et d'azote dans les plantes dominantes et à l'interface plante – sol révèle un couplage temporel et spatial essentiel chez les espèces dont la croissance est limitée par la longueur de la saison de végétation. Ce couplage apparaît plus limité dans les communautés végétales bénéficiant d'une plus longue saison de végétation. L'évolution des flux et stocks de carbone au sein des écosystèmes alpins dans un contexte de changement climatique est discutée.