Un simulateur de la dynamique forestière, basé sur un modèle d'arbre dépendant des distances, est élaboré, calibré et évalué à partir des données accumulées sur le dispositif sylvicole expérimental de Paracou en Guyane française. Il met en oeuvre des arbres, localisés au sein d'un peuplement et dotés de règles de vie décrites par des sous-modèles de croissance, de mortalité et de recrutement en fonction d'un pas de temps de trois ans.<br /><br />Le modèle de croissance est dérivé d'un type « potentiel x réducteur » adapté aux spécifités de la forêt dense tropicale humide de Guyane. Il prédit l'accroissement d'un arbre en fonction de son diamètre à l'instant t et de son environnement immédiat décrit par deux indices de compétition : l'un rend compte de la pression subie par l'arbre en début de période de croissance et l'autre de l'évolution de cette pression dans un passé proche. La prise en compte de quinze groupes d'espèces, homogènes du point de vue de la croissance, améliore considérablement son efficacité. Quatre modèles de mortalité prédisent la mort sur pied et la mort par chablis primaire, secondaire ou complexe d'un arbre, et un modèle de recrutement permet de gérer l'apparition de nouveaux individus sur des placeaux de 100m2 en fonction de la place disponible dans le peuplement.<br /><br />Le simulateur, programmé en langage SmallTalk-80 selon la technique des systèmes multi-agents, est doté d'une interface conviviale permettant à l'utilisateur : (i) de suivre l'évolution virtuelle dans le temps d'un peuplement et de chacun des individus qui le constituent par le biais de cartes et de graphiques ; (ii) de réaliser à tout moment une gamme très variée d'interventions de manière à tester des scénarios sylvicoles. Les différents essais réalisés montrent que le peuplement que nous avons généré présente un comportement satisfaisant quelle que soit l'intensité des perturbations imposées, mais que sa réactivité est faible au regard d'un modèle matriciel calibré à partir des mêmes données. Nous proposons différentes voies d'amélioration et soulignons l'intérêt que peut présenter ce type de modèle pour la communauté scientifique et, à plus long terme, le gestionnaire forestier.

La variation spatiale du mouvement sismique a des effets significatifs sur la réponse dynamique des structures de génie civil de grandes dimensions. Dans la pratique courante, l'excitation du mouvement sismique le long de la fondation de la structure est considérée uniforme, approche cependant inadéquate pour les structures de large portance au sol localisées à proximité des failles ou sur des sites présentant une structure du sous-sol latéralement hétérogène. Cette thèse se propose donc de comprendre les facteurs clefs contrôlant localement la variabilité spatiale du mouvement sismique, avec en ligne de mire la mise en place de recommendations en vue d'incorporer ces effets dans l'estimation de l'aléa sismique et le dimensionnement des structures. La première partie de cette thèse s'intéresse à la composante intra-évènement de l'écart-type de la distribution du mouvement sismique en champ proche à l'aide de simulations numériques du mouvement sismique pour des sources étendues présentnat une cinématique de rupture réaliste. Les résultats suggèrent que la variabilité intra-évènement dépend significativement du type de rupture, cette variabilité augmentant avec la distance pour les ruptures bilatérales et diminuant pour les ruptures unilatérales. La seconde partie traite de la caractérisation de la composition du champ d'onde dans la vallée de Koutavos-Argostoli, qui est une vallée de petite dimension et d'épaisseur sédimentaire faible, située sur l'île – sismiquement active - de Céphalonie en Grèce. Les champs d'onde générés par 46 séismes, ayant des magnitudes variant entre 2 et 5 et des distances épicentrales jusqu'à 200 km, ont été analysés à partir de l'enregistrement par deux réseaux denses de capteurs sismologiques. L'algorithme de traitement d'antenne MUSIQUE est utilisé pour extraire la vitesse, l'azimut, le type et la polarisation des ondes dominantes se propageant à travers le réseau. Les résultats montrent clairement d'importantes diffractions d'ondes de surface aux bords de vallée au-delà de la fréquence de résonance de la vallée. Tandis que les ondes de Love dominent clairement le champ d'ondes proche de la fréquence de résonance, les ondes de Rayleigh dominent à plus haute fréquence dans des gammes de fréquences étroites. Par ailleurs, un excellent accord est observé entre les champs d'onde de surface diffractés localement et les caractéristiques d'amplification du site. La “cohérence décalée” de la partie la plus énergétique du signal a été quantifiée pour chaque paire de stations du réseau. En général, la cohérence calculée sur les composantes horizontales diminue avec la distance entre stations et la fréquence. La cohérence sur la composante verticale indique des valeurs relativement fortes à haute fréquence. Les valeurs de cohérence apparaissent très faiblement corrélées à la magnitude, l'azimut et la distance épicentrale du séisme, mais sont au contraire liées aux caractéristiques géométriques de la vallée. La coherence est systématiquement plus forte pour les couples de capteurs orientés selon la direction parallèle à l'axe de la vallée, et moins forte pour des couples de capteurs orientés dans la direction perpendiculaires. Cette observation est en accord avec les résultats du traitement d'antenne: la prédominance d'ondes de surface diffractées sur les bords de la vallée conduit à des mouvements en phase le long de la direction parrallèle à l'axe de la vallée. Les résultats de cette thèse apporte des elements de compréhension sur la variabilité spatiale du movement sismique et ouvrent de nombreuses perspectives d'application. / Spatial variation of earthquake ground motion over short distances significantly affects the dynamic response of engineered structures with large dimensions. In current practices, the ground motion excitation across the foundation of a structure is assumed to be spatially uniform, which becomes inadequate for spatially extended structures in the near-fault region or on sites with lateral inhomogeneity. This PhD thesis seeks to understand the key parameters that locally control the ground motion spatial variability with the intent of putting forth practical propositions for incorporating such effects in seismic design and hazard assessment. The first part of the thesis addresses the within-event component of the standard deviation of ground-motion distribution in near source region by means of numerical simulation of ground motions for extended sources with realistic rupture kinematics. The results suggest that the within-event variability significantly depends on the rupture type, depicting an increase with distance for bilateral ruptures and a decrease for unilateral ruptures. The second part deals with the characterization of seismic wave field at the Koutavos-Argostoli site, a small-size, shallow, alluvial valley located in the seismically active Cephalonia Island in Western Greece. The seismic wave field was investigated from the recordings of a dense seismological array for a set of 46 earthquakes, with magnitude 2 to 5 and epicentral distance up to 200 km. The MUSIQUE array analysis algorithm was used to extract the phase velocity, back-azimuth, type and polarization of the dominant waves crossing the array. The results clearly indicate dominant scattering of seismic surface waves, mainly from the valley-edge directions, beyond the fundamental frequency of the valley. While Love surface waves clearly dominate the wave field close to the resonance frequency, Rayleigh waves strongly dominate only in relatively narrow frequency bands at higher frequency. Besides, an excellent consistency is observed between the dominance of the identified surface wave type in the wave field and the site amplification. The "lagged coherency" of the most energetic part of the ground motion has been quantified for each station-pair within the array. In general, spatial coherency estimated from the horizontal components exhibit decays with frequency and interstation distance. Estimates from the vertical component exhibit rather larger values at some higher frequencies. Although coherency does not show any consistent trend indicating dependence on the magnitude, back-azimuth or site-to-source distance of the event, it seems to be primarily controlled by the site geometry. Larger coherency is systematically observed when the station pair is oriented parallel to the valley axis, while lower values are observed in the perpendicular direction. This observation proves to be consistent with the MUSIQUE analysis results: the predominance of scattered surface waves propagating across the valley implies an in-phase motion along valley-parallel direction and out-of-phase motion along valley-perpendicular direction. The findings of the present research are expected to contribute in enhancing our understanding of spatial variability of ground motion and improving the coherency models used in engineering. This work also opens up new insights and many questions in need of further investigation.

Expert design knowledge is essential to develop a library of high-performance software. This includes how to implement and parallelize domain operations, how to optimize implementations, and estimates of which implementation choices are best. An expert repeatedly applies his knowledge, often in a rote and tedious way, to develop all of the related functionality expected from a domain-specific library. Expert knowledge is hard to gain and is easily lost over time when an expert forgets or when a new engineer starts developing code. The domain of dense linear algebra (DLA) is a prime example with software that is so well designed that much of experts' important work has become tediously rote in many ways. In this dissertation, we demonstrate how one can encode design knowledge for DLA so it can be automatically applied to generate code as an expert would or to generate better code. Further, the knowledge is encoded for perpetuity, so it can be reused to make implementing functionality on new hardware easier or it can be used to teach how software is designed to a non-expert. We call this approach to software engineering (encoding expert knowledge and automatically applying it) Design by Transformation (DxT). We present our vision, the methodology, a prototype code generation system, and possibilities when applying DxT to the domain of dense linear algebra. / text

三維城市模型之建置需求漸趨繁多，可提供都市規劃、城市導航及虛擬實境等相關應用，過去研究多以建置LOD2城市模型為主，且較著重於屋頂結構。近年來，逐漸利用垂直影像及傾斜影像作為原始資料，提供建物牆面之建置，並且，隨著無人機系統(Unmanned Aircraft System, UAS）發展，可利用其蒐集高解析度且高重疊垂直及傾斜拍攝之建物影像，並採影像密匹配技術產製高密度點雲，進而快速取得建物包含屋頂及牆面之三維資訊，而這些資訊可進一步提供後續建置LOD3建置層級之模型，而在建置前，首先須對資料進行特徵分析，萃取特徵點、線、面，進而提供建置模型所需之資訊。 因此，本研究期望利用密匹配點雲，計算其點雲特徵，並採用Mean Shift分群法（Comaniciu and Meer, 2002）萃取建物點雲資訊，並提供一最佳分群策略。首先，本研究將以UAS為載具，設計一野外率定場率定相機，並蒐集建物高重疊UAS影像密匹配產製高密度點雲，針對單棟建物高密度點雲，實驗測試點雲疏化程度後，依據疏化成果計算點雲特徵，並以此批點雲資料實驗測試Mean shift分群法（Cheng, 1995）中之參數，後設計分群流程以分離平面點群及曲面點群，探討分群成果以決定最佳分群策略。實驗結果顯示本研究提出之分群策略，可自動區分平面點群及曲面點群，並單獨將平面點群分群至各牆面。 / Unmanned Aerial System (UAS) offer several new possibilities in a wide range of applications. One example is the 3D reconstruction of buildings. In former times this was either restricted by earthbound vehicles to the reconstruction of facades or by air-borne sensors to generate only very coarse building models. UAS are able to observe the whole 3D scene and to capture images of the object of interest from completely different perspectives. Therefore, this study will use UAS to collected images of buildings and to generate point cloud from dense image matching for modeling buildings. In the proposed approach, this method computes principal orientations by PCA and identifies clusters by Mean shift clustering. Analyze the factors which can affect the clustering methods and try to decrease the use of threshold, and this result can cluster the façade of buildings automatically and offer the after building reconstruction for LOD3.

La matière dense et tiède (WDM) est un régime caractérisé par une densité proche du solide pour une température avoisinant celle de Fermi. Pour étudier cet état de la matière, dans cette thèse, une expérience d'interférométrie dans le domaine des fréquences est mise en place afin de mesurer la phase et la réflectivité - dans les deux directions de polarisation S et P - d'une onde sonde en réflexion sur un échantillon chauffé de manière très brève par une impulsion laser ultra-courte (sub-100fs). Il est alors porté dans un état hors-équilibre. Une méthode basée sur les mesures de réflectivité est mise en place pour contrôler la forme de l'interface entre le vide et la matière chauffée. Pour des fluences laser de l'ordre de 1 J/cm2, l'hydrodynamique d'un échantillon chauffé est étudiée par la mesure du déplacement de la surface et comparée au code hydrodynamique à deux températures ESTHER. Ensuite, la fonction diélectrique à 800 nm et 400 nm est déduite des mesures expérimentales et certaines quantités en sont extraites comme la densité électronique, la température électronique et les fréquences de collision en régime WDM. Elles sont par la suite comparées avec des modèles couramment utilisés.

La matière en conditions extrêmes appartient au régime de la Warm Dense Matter qui se situe à la frontière entre le régime plasma dense et le régime de la matière condensée. Son comportement est encore mal connu et mal décrit. En effet, sa description théorique est très complexe et il est difficile de générer cet état de matière en laboratoire pour obtenir des données expérimentales pouvant valider les modèles. Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier la structure électronique de l'aluminium en conditions extrêmes par le diagnostic de la spectroscopie d'absorption X. Expérimentalement l'aluminium a été porté dans des conditions de fortes densités et fortes températures jusque-là inexplorées. Par ailleurs, une source X capable de sonder l'aluminium sous choc a été générée. Deux spectromètres X ont permis l'acquisition des spectres d'absorption de l'aluminium dans ces conditions et des diagnostics optiques ont permis de déduire les conditions de densité et de température de l'aluminium de façon indépendante. En parallèle, des calculs ab initio ont été réalisés pour obtenir des spectres d'absorption dans les mêmes conditions afin de les comparer aux spectres expérimentaux. Du point de vue théorique, l'objectif était de valider les méthodes de calcul des spectres d'absorption X dans ce régime de fortes densités et fortes températures en analysant les modifications du flanc d'absorption. Le diagnostic de l'absorption X a également été utilisé pour étudier le phénomène physique de la transition métal-non métal qui a lieu à basse densité (densité < densité du solide). Cette transition peut alors être étudiée par les changements de la structure électronique du système étudié.

Korean coals are typically high rank anthracite characterized by high ash content and difficult cleaning characteristics. The main objective of the study was to evaluate the feasibility of treating various size fractions within the coal using an assortment of physical coal cleaning technologies. Dry cleaning is preferred due to the friability of the coal. As such, three pneumatic processes were tested including Ore Sorting for the plus 10 mm material, Air Table Separation for 10 x 1 mm fraction and Tribo-electric Separator for - 1 mm fraction. The Dense Medium Cyclone is known to be one of the most efficient separation processes and thus was evaluated for the cleaning of 10 x 1 mm coal. To realize the optimum performances from the Air Table and Rotary Tribo-electric Separator, their operational variables were systematically studied using a parametric experimental design. In addition, the dense medium cyclone and X-ray Transmission Sorting trials were performed under various medium densities and separation settings, respectively. A comparison of the cleaning performance revealed that the Dense Medium Cyclone and X-ray Transmission Sorting proved to provide the most effective results with maximum ash rejection and combustible recovery. The tribo-electric separation process was ineffective while the air table provided modest ash reduction potential.

La détermination du ralentissement des ions (ou pouvoir d'arrêt) dans la matière tiède et dense est un enjeu fondamental notamment dans le cadre de la fusion par confinement inertiel. Au cours de mon travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la modification de l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense, cette quantité jouant un rôle important dans le calcul du pouvoir d'arrêt. Nous avons tiré partie des propriétés bien connues des faisceaux d'ions générés par laser intense à impulsion courte pour étudier au cours de deux expériences réalisée sur les installations ELFIE et TITAN l'évolution de l'état de charge d'un faisceau d'ions carbones et hélium après traversée d'une cible d'aluminium chauffée de manière isochore par un faisceau de protons énergétique. Les deux premiers chapitres présentent les enjeux du sujet à la fois d'un point de vu théorique et expérimental - y sont présentés les différents outils de simulations utilisés au cours de l'étude. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des propriétés des faisceaux d'ions générés par lasers dans l'optique de nos expériences pour étudier le pouvoir d'arrêt. Nous avons notamment étudiés au cours de deux expériences les faisceaux d'ions produits en utilisant des cibles à densité inférieur à celle du solide. Dans le dernier chapitre sont présentées les montages et résultats des deux expériences sur l'état de charge d'un faisceau d'ions après sa traversée dans la matière tiède et dense. Les données dans la matière froide obtenues au cours de nos expériences sont confrontées avec succès aux résultats antérieurs recueillis sur des accélérateurs conventionnels.

This project concerns the effect of freeze-thaw cycles on the pore-scale structure of nonaqueous phase liquid (NAPL) contaminants in water-saturated porous media. This problem is of critical importance to the entrapment of such contaminants in cold temperate, polar and high altitude regions, and has not been examined in the literature to date. This research work is conducted in three stages: (i) two-dimensional nondestructive visualisation of residual light non-aqueous phase liquid (LNAPL), and dense non-aqueous phase liquid (DNAPL), in porous media subject to successive freeze-thaw cycles; (ii) three-dimensional experiments on LNAPL in porous media subject to freeze-thaw, with quantification of phase volumes by X-ray micro-computed tomography (micro-CT); and (iii) the explanation of results by several pore scale mathematical and conceptual models. The two-dimensional cell experiments (using a monolayer of 0.5 mm diameter glass beads held between two glass sheets), and three-dimensional X-ray micro-CT experiments reveal a substantial mobilisation and rupture of ganglia during successive freeze-thaw cycles; this includes the detachment of smaller ganglia from larger ganglia and the mobilisation of NAPL in the direction of freezing front. The experiments also reveal significant shedding of numerous single/sub-singlet ganglia along narrow pore corridors, their entrapment in growing polycrystalline ice, and the coalescence of such small ganglia during thawing to form larger singlets. These changes were more predominant where the freezing commenced. The results of the experimental studies were interpreted by developing several mathematical and conceptual models, including freezing-induced pressure model, Darcy's law model, multipore ganglia model (rupture coefficient) and ice-snap off model.

Secretory processes underpin the emergence of cellular diversity in complex multicellular organisms. However, our understanding of the basic mechanisms controlling the different secretory and endosomal compartments involved remains surprisingly incomplete. During my DPhil I have studied a specialised epithelial cell type in the male Drosophila accessory glands, the secondary cell, which contains unusually large intracellular compartments that are accessible to detailed morphological study. I characterise the organisation, ultrastructure and molecular composition of this cell's secretory and endosomal compartments, and I employ specific Rab GTPases, conserved coordinators of membrane trafficking and identity, to define multiple compartmental subtypes. By developing super-resolution and time-lapse microscopy approaches in these cells, I show that numerous intraluminal vesicles (ILVs) are formed within Rab11-labelled secretory compartments and released into the accessory gland lumen as exosomes, the first clear demonstration in eukaryotic cells of exosome biogenesis within a non-late endosomal compartment. Biogenesis of these ILVs is dependent on evolutionarily conserved Endosomal Sorting Complexes Required for Transport (ESCRT) 0-III genes and involves loading of compartment-specific cargoes. Work by others, some in collaboration with me, has shown that these novel mechanisms are conserved in human cells. I show that dense-core granules, the structures employed to package proteins and other molecules destined for regulated secretion, form within large non-cored Rab6- positive compartments, in a process that seems to involve inputs from both the Golgi and recycling endosomal pathways. Further analysis has revealed roles for specific Rabs, for ILVs, and for the conserved fibrillar protein Mfas/TGFBI in different aspects of DCG formation. I also show that DCGs are not only secreted, but can also be degraded by fusion to acidic endosomal compartments. Remarkably, there is evidence that mammalian cells may employ all of these mechanisms and defects in these processes may be linked to diseases like cancer, diabetes and neurodegenerative disorders. Hence my work has established a new system to study complex secretory mechanisms, which can now be developed to model specific disease processes in the future. In summary, I have discovered several novel cell biological mechanisms controlling exosome biology, dense-core granule biogenesis, regulated secretion, and endolysosomal trafficking. Some of these already appear relevant to human health and disease, suggesting that the secondary cell system has considerable further potential for unravelling the fundamental processes underlying eukaryotic secretion in the future.