De nos jours, il est bien accepté que le cycle magnétique de 11 ans du Soleil est l'oeuvre d'une dynamo interne présente dans la zone convective. Bien qu'avec la puissance de calculs des ordinateurs actuels il soit possible, à l'aide de véritables simulations magnétohydrodynamiques, de résoudre le champ magnétique et la vitessse dans toutes les directions spatiales, il n'en reste pas moins que pour étudier l'évolution temporelle et spatiale de la dynamo solaire à grande échelle, il reste avantageux de travailler avec des modèles plus simples. Ainsi, nous avons utilisé un modèle simplifié de la dynamo solaire, nommé modèle de champ moyen, pour mieux comprendre les mécanismes importants à l'origine et au maintien de la dynamo solaire. L'insertion d'un tenseur-alpha complet dans un modèle dynamo de champ moyen, provenant d'un modèle global-MHD [Ghizaru et al., 2010] de la convection solaire, nous a permis d'approfondir le rôle que peut jouer la force électromotrice dans les cycles magnétiques produits par ce modèle global. De cette façon, nous avons pu reproduire certaines caractéristiques observées dans les cycles magnétiques provenant de la simulation de Ghizaru et al., 2010. Tout d'abord, le champ magnétique produit par le modèle de champ moyen présente deux modes dynamo distincts. Ces modes, de périodes similaires, sont présents et localisés sensiblement aux mêmes rayons et latitudes que ceux produits par le modèle global. Le fait que l'on puisse reproduire ces deux modes dynamo est dû à la complexité spatiale du tenseur-alpha. Par contre, le rapport entre les périodes des deux modes présents dans le modèle de champ moyen diffère significativement de celui trouvé dans le modèle global. Par ailleurs, on perd l'accumulation d'un fort champ magnétique sous la zone convective dans un modèle où la rotation différentielle n'est plus présente. Ceci suggère que la présence de rotation différentielle joue un rôle non négligeable dans l'accumulation du champ magnétique à cet endroit. Par ailleurs, le champ magnétique produit dans un modèle de champ moyen incluant un tenseur-alpha sans pompage turbulent global est très différent de celui produit par le tenseur original. Le pompage turbulent joue donc un rôle fondamental au sein de la distribution spatiale du champ magnétique. Il est important de souligner que les modèles dépourvus d'une rotation différentielle, utilisant le tenseur-alpha original ou n'utilisant pas de pompage turbulent, parviennent tous deux à produire une dynamo oscillatoire. Produire une telle dynamo à l'aide d'un modèle de ce type n'est pas évident, a priori. Finalement, l'intensité ainsi que le type de profil de circulation méridienne utilisés sont des facteurs affectant significativement la distribution spatiale de la dynamo produite. / It is generally agreed upon that the 11-year magnetic cycle of the Sun arises through the action of an internal dynamo operating in the convective zone, and perhaps also immediately beneath it. Although the computing power of current supercomputers is sufficient to allow fairly realistic magnetohydrodynamical simulations of this dynamo process, to study the temporal and spatial evolution of the large-scale solar magnetic field over long timescales, it remains advantageous to work with simpler models. Thus, to better understand the physical mechanisms at the origin and maintenance of the solar dynamo, we used a simplified formulation, known as a mean-field model. By using a complete alpha-tensor extracted from a global MHD model of solar convection [Ghizaru et al., 2010] as input to a kinematic axisymmetric mean-field dynamo model [Charbonneau & MacGregor, 1997], it becomes possible to study the effect of the electromotive force on the magnetic cycles produced by the global model. In this way, we are able to reproduce some of the observed characteristics of the Ghizaru et al., 2010 simulation, in particular magnetic cycles. The axisymmetric magnetic field produced by the mean-field dynamo model exhibits two distincts dynamo modes. These modes, with similar periods, are present and peak at substantially at the same radii and latitudes as the sonlly-averaged magnetic fields extracted from the global model. Thanks to the spatial complexity of the alpha-tensor, we can reproduce these two dynamo modes. In contrast, the ratio of the periods of the two modes present in the mean field model differs significantly from that found in the global model. In addition, the accumulation of strong magnetic fields at the base of the convective zone disappears in a model where differential rotation has been removed. This suggests that differential rotation plays a significant role in the accumulation of magnetic fields in this region. Furthermore, removing the turbulent pumping component of the alpha-tensor produces a very different magnetic field cycle. Therefore, turbulent pumping plays a crucial role in the spatial distribution of the magnetic field. It is important to underline that the models without differential rotation, with or without turbulent pumping, both succeed in producing an oscillatory dynamo using only the turbulent electromotive force. However, the dynamos materializing in these modified models are significantly different from that using the full alpha-tensor. Finally, both the intensity and form of meridional circulation profiles are significant factors affecting the dynamo modes.

En stor del av projekteringsskedet är framtagandet av bygghandlingar, främst ritningar i 2D. En modernare metod är istället att samla all information om ett byggnadsprojekt i en samordnad 3D-modell, så kallad BIM-modell. Building Information Modeling (BIM) är en välkänd projekteringsmetod som bygger på att digitala 3D-modeller innehåller tillräcklig information för att beställas och produceras i fysisk form. Modellen består av parametrar som representerar olika egenskaper och när en parameter ändras uppdateras modellen automatiskt. Parametrarna kan nås och modifieras av insticksprogram, så kallade plug-ins som utökar den ursprungliga programvarans funktionalitet med hjälp av programkod. Grafisk programmering är en modern programmeringsmetod med ett visuellt gränssnitt som underlättar för oerfarna användare. Med hjälp av grafisk programmering kan parameterstyrning av 3D-modeller effektiviseras och värdefull tid sparas. Av denna anledning har Dynamo, ett plug-in utvecklat av företaget Autodesk för Revit, studerats för att ta fram ett så kallat skript som automatiserar 3D-modelleringsprocesser i Revit kopplat till placering av armering i pålfundament. Dessutom har möjligheter till standardisering undersökts, samt för- och nackdelar med metoden. I detta examensarbete redogörs för potentialen med Dynamo och de skript som skapats genom en empirisk studie. En enklare fallstudie utfördes för att kunna åskådliggöra graden av tidsbesparing gentemot motsvarande arbete manuellt i Revit. För att komplettera armeringsskripten togs beräkningsmallar fram som, enligt fackverksmetoden och Eurokod 2, försåg skripten med korrekt indata. Resultatet av projektet visar på att Dynamo och grafisk programmering kan effektivisera armeringsplacering i pålfundament. Graden av effektivisering beror på varje enskilt fall, men fallstudien visade på ca 85–90% sparad tid. En generell slutsats pekar mot att ju mer komplicerad utformning av armering desto mer tid finns att spara. Då grafisk programmering bygger på automatisering av arbetsprocesser av upprepande karaktär finns stor potential för att standardisera projektering med hjälp av dynamoskript. Företag kan då skapa rutiner som ökar kontinuitet och kvalitet i sina projekt. Automatiseringen leder även till färre mänskliga fel och utförandet blir effektivare. Uppdragsgivaren uppmanas att vidareutveckla metoden genom att implementera tydliga rutiner vad gäller 3D-modellering med grafisk programmering, samt undersöka möjligheten med automatiserad armering i andra bärande konstruktioner. / Most of the time spent on project planning is dedicated to the development of construction documents, mainly 2D-drawings. A more modern method is to gather all information about a building project in a coordinated 3D-model, so called BIM-model. Building information modelling (BIM) is a well-known design method based on a digital 3D model having enough information to enable procurement work and actual production. The model consists of parameters that represent different properties and when a parameter is changed, the model is updated automatically. These parameters can be accessed and modified through external programs, so called plug-ins that extend the original software’s functionality using program code. Visual programming is a modern programming method which utilizes a visual interface that favours users with little or no experience. Using visual programming, parameter control can be made more efficient and save valuable time. For this reason, Dynamo (a plugin developed by the company Autodesk for Revit), has been studied to create a so-called script that automates 3D modelling processes in Revit linked to placement of reinforcement in pile caps. In addition, possibilities for standardization have been investigated, as well as the advantages and disadvantages of the method. With this project, the potential of Dynamo and the scripts created through an empirical study is described, where a relatively simple case study is carried out in order to illustrate the amount of time saved through visual programming compared to corresponding work manually done in Revit. Furthermore, calculation templates were created, according to the strut and tie model and Eurocode 2, to provide the script in Dynamo with the correct inputs. The result shows that Dynamo and visual programming can make placement of reinforcement in pile caps more efficient. While the degree of efficiency is case dependent, the case study showed an overall 85-90% time saving. A general conclusion suggests that the more complicated rebar designs, the more time there is to be saved. Since visual programming is based on the automation of repetitive processes, there is great potential to standardize structural design with the help of Dynamo scripts. Companies can thus create routines that increase continuity and quality in their projects. The automation also leads to fewer human errors and a more efficient execution. The client is advised to further develop this method by implementing explicit routines regarding 3D modelling with visual programming and investigate the possibilities of automation of reinforcement design in other load-bearing structures.

Life Cycle Assessments on buildings and various environmental certificates are starting to become customary for newbuilding projects in Sweden. Building materials play a big part in a building’s environmental impact. Earlier research indicates that Life Cycle Assessments is not a routine in today’s construction process and it may depend on uncertainties in the methods of quantifying carbon dioxide emissions. This master thesis focuses on how equivalent carbon dioxides, a standard unit to quantify greenhouse gas emissions, of building materials can be integrated with Building Information Modelling. Through meetings with experts in the field, data has been collected. A 3D model of a house was built in order to evaluate both an integration with a cost calculation tool and directly with the 3D model. The results showed how the cost calculation tool works for calculations of equivalent carbon dioxides, early in the pre-construction phase. Difficulties in finding corresponding materials in their database were found and issues with summarizing carbon dioxide data. The integration directly into the 3D model, with visual programming, proved an insert for each materials’ carbon dioxide emissions worked. This allows further updates throughout the building process. It was also possible to import material information to a carbon dioxide calculation tool. This evaluation opened up a possibility to change and update carbon dioxide emissions at an early design stage of a building process with Building Information Modelling along with a need of organizational change due to today's traditional building processes. / Livscykelanalyser på byggnader och olika typer av miljöbyggnads-certifieringar blir allt vanligare för nya byggprojekt i Sverige. Materialet i en byggnad spelar en stor roll av hela byggnadens miljöpåverkan. Tidigare forskning indikerar att livscykelanalyser inte är en rutin i dagens byggprocesser vilket kan bero på att osäkerheter i de olika metoderna bakom koldioxidberäkningar. Den här artikeln fokuserar på hur koldioxidekvivalenter av byggnadsmaterial kan bli integrerade med Byggnadsinformationsmodellering. Genom möten med experter i området har datainsamling gjorts för det ändamålet. För att undersöka integreringen byggdes en 3D-modell upp och som senare användes för beräkningar av koldioxidutsläpp i ett kostnads-kalkyleringsverktyg samt undersöka hur en införing av koldioxidekvivalenter direkt i 3D-modellen kunde göras. Resultaten visade hur kostnads-beräkningsverktyget fungerar för beräkningar av koldioxidekvivalenter, tidigt i byggprocessen. Svårigheter i att hitta motsvarande material i kalkyleringsverktygets databas upptäcktes under utvärderingen samt en sammanfattande rapport för beräkningarna. Integrationen direkt i 3D-modellen med visuell programmering visade att en inmatning av koldioxidutsläpp för varje material fungerade vilket möjliggör uppdateringar under hela byggprocessen. Det var också möjligt att importera materialinformation till ett koldioxidberäkningsverktyg. Det öppnar upp möjligheter att ändra och uppdatera koldioxidutsläpp för material tidigt i byggprocessen med hjälp av Byggnadsinformationsmodellering och visar behov av organisationsförändringar på grund av dagens traditionella byggprocess.

Nowadays BIM and real-time data are becoming a central topic for the AECO (Architecture, Engineering, Construction and Operations) industry, they represent new powerful tools for the design and management of facilities.Building monitoring and real-time data can represent a solution to many important challenges like energy efficiency, indoor climate quality and cost management. Although it is clear the importance of data for a correct use of BIM technology and its potentiality, in literature, are not so common examples of complete workflows for a complete management of data from the input phase to the output one.The scope of the study is to design a protocol for entering, managing and exporting real-time data using Revit and Dynamo where the customers have a central role during the input phase and a dedicated mode for data display including a desktop version and an augmented reality one for a more immersive experience.In order to show the real potentiality of the project, the protocol has been utilised for the calculation of thermal comfort parameters of the “Teaching House” situated in KTH campus. All data entered from the students into a form online, via QR-code, have been inserted into Dynamo in order to calculate the desired parameters values which are successively stored into a database for further analysis, everything automatically. / Numera blir BIM och realtidsdata ett centralt ämne för AECO (Architecture, Engineering, Construction and Operations) industrin, de representerar nya kraftfulla verktyg för design och hantering av anläggningar.Byggnadsövervakning och realtidsdata kan vara en lösning på många viktiga utmaningar som energieffektivitet, inomhusklimatkvalitet och kostnadshantering. Även om det är tydligt är betydelsen av data för en korrekt användning av BIM-teknik och dess potential i litteraturen inte så vanliga exempel på fullständiga arbetsflöden för en fullständig hantering av data från inmatningsfasen till den utgående.Studiens omfattning är att utforma ett protokoll för inmatning, hantering och export av realtidsdata med Revit och Dynamo där kunderna har en central roll under inmatningsfasen och ett dedikerat läge för datavisning inklusive en stationär version och en förstärkt verklighet en för en mer uppslukande upplevelse.För att visa projektets verkliga potential har protokollet använts för beräkning av termiska komfortparametrar för ”Teaching House” beläget på KTH campus. Alla data som matats in från eleverna i ett formulär online, via QR-kod, har införts i Dynamo för att beräkna önskade parametervärden som successivt lagras i en databas för vidare analys, allt automatiskt.

The construction industry is currently developing and evolving towards more automated and optimized processes in the project design phase. One reason for this development is that computational power is becoming a more precise and accessible tool and its applications are multiplying daily. Complex structural engineering problems are typically time-consuming with large scale calculations, resulting in a limited number of evaluated solutions. Quality solutions are based on engineering experience, assumptions and previous knowledge of the subject.The use of parametric design within a structural design problem is a way of coping with complex solutions. Its methodology strips down each problem to basic solvable parameters, allowing the structure to be controlled and recombined to achieve an optimal solution.This thesis introduces the concept of parametric design and optimization in structural engineering practice, explaining how the software application works and presenting a case study carried out to evaluate the result. In this thesis a parametric model was built using the Dynamo software to handle a design process involving a common structural engineering problem. The structural problem investigated is a reinforced concrete slab supported by a centre column that is exposed to punching shear failure. The results provided are used for comparisons and as indicators of whether a more effective and better design has been achieved. Such indicators included less materials and therefore less financial cost and/or fewer environmental impacts, while maintaining the structural strength. A parametric model allows the user to easily modify and adapt any type of structure modification, making it the perfect tool to apply to an optimization process.The purpose of this thesis was to find a more effective way to solve a complex problem and to increase the number of solutions and evaluations of the problem compared to a more conventional method. The focus was to develop a parametric model of a reinforced concrete slab subjected to punching shear, which would be able to implement optimization in terms of time spent on the project and therefore also the cost of the structure and environmental impact.The result of this case study suggests a great potential for cost savings. The created parametric model proved in its current state to be a useful and helpful tool for the designer of reinforced concrete slab subjected to punching shear. The result showed several solutions that meet both the economical and the punching shear failure goals and which were optimized using the parametrical model. Many solutions were provided and evaluated beyond what could have been done in a project using a conventional method. For a structure of this type, a parametric strategy will help the engineer to achieve more optimal solutions. / Just nu utvecklas Byggbranschen mot mer automatiserade och optimerade processer i projektdesignfasen. Denna utveckling beror till stor del på teknikutveckling i form av bättre datorprogram och tillgänglighet för dessa. Traditionellt sett löses komplexa konstruktionsproblem med hjälp av tidskrävande och storskaliga beräkningar, vilka sedan resulterar i ett begränsat antal utvärderade lösningar. Kvalitets lösningar bygger då på teknisk erfarenhet, antaganden och tidigare kunskaper inom ämnet.Användning av parametrisk design inom ett konstruktionsproblem är ett sätt att hantera komplexa lösningar. Dess metod avgränsar varje problem ner till ett antal lösbara parametrar, vilket gör att strukturen kan kontrolleras och rekombineras för att uppnå en optimal lösning.Denna avhandling introducerar begreppet parametrisk design och optimering i konstruktionsteknik, den förklarar hur programvaran fungerar och presenterar en fallstudie som genomförts för att utvärdera resultatet. I denna avhandling byggdes en parametrisk modell med hjälp av programvaran Dynamo för att hantera en designprocess av ett vanligt konstruktionsproblem. Det strukturella problemet som undersökts är en armerad betongplatta som stöds av en mittpelare, utsatt för genomstansning. Resultaten används för att utvärdera om en bättre design med avseende på materialanvändning har uppnåtts. Minimering av materialanvändning anses vara en bra parameter att undersöka eftersom det ger lägre kostnader och/eller lägre miljöpåverkan, detta undersöks under förutsättning att konstruktionens hållfasthet bibehålls. En parametrisk modell gör det möjligt för användaren att enkelt modifiera en konstruktionslösning med avseende på olika parametrar. Detta gör det till det perfekta verktyget att tillämpa en optimeringsprocess på.Syftet med denna avhandling var att hitta ett mer effektivt sätt att lösa ett komplext problem och att multiplicera antalet lösningar och utvärderingar av problemet jämfört med en mer konventionell metod. Fokus var att utveckla en parametrisk modell av en armerad betongplatta utsatt för genomstansning, som kommer att kunna genomföra optimering med avseende på tid som spenderas på projektet och därmed också kostnaden för konstruktionen och miljöpåverkan.Resultatet av denna fallstudie tyder på att det finns en stor möjlighet till kostnadsbesparingar och anses därför vara ett mycket hjälpsamt verktyg för en konstruktör. Resultatet visade flera lösningar som uppfyllde de konstruktionsmässiga kraven samtidigt som de gav en lägre materialanvändning tack vare optimeringen. Många lösningar tillhandahölls och utvärderades utöver vad som kunde ha gjorts i ett projekt med en konventionell metod. En parametrisk strategi kommer att hjälpa ingenjören att optimera lösningen för en konstruktion av denna typ.

Actuellement, Mars n'a pas de champ magnétique global comme la Terre mais les traces d'aimantations rémanentes dans la croûte Martienne, révélées par Mars Global Surveyor dès 1998, montrent qu'un champ magnétique était présent dans le passé, et que celui-ci a disparu il y a environ 4 milliards d'années. Cependant, les travaux de Lillis et al. (2006) suggèrent que la dynamo dans le noyau, qui permet la présence d'un tel champ magnétique, a pu connaître un second épisode d'activité pendant une brève période, quelques centaines de millions d'années après la disparition du champ magnétique initial. C'est la compréhension des conditions de disparition et éventuellement de réapparition du champ magnétique qui a motivé mon travail de thèse. La présence d'un champ magnétique est liée à l'activité du noyau de la planète, et au transfert de la chaleur dans le manteau. C'est pourquoi ma thèse concerne l'étude de la dynamique interne, à l'aide du code de simulations numériques CITCOM2D. Ce code, initialement conçu pour l'étude du manteau terrestre, a été modifié et adapté pour le cas Martien, notamment pour prendre en compte le refroidissement du noyau et la présence de transitions de phase haute pression des silicates. La transition de phase endothermique spinelle-perovskite, tend à inhiber la convection. Sa profondeur peut augmenter avec le refroidissement du noyau, jusqu'à ce que la transition disparaisse et libère rapidement la chaleur, entraînant éventuellement une réactivation de la dynamo du noyau. Les incertitudes sur la taille du noyau de la planète, mais aussi la composition du manteau, m'ont amené à étudier la dynamique interne à l'aide de plusieurs modèles. Les résultats montrent qu'une réactivation du noyau est possible, mais qu'elle n'est pas liée à la présence d'une couche de perovskite proche du noyau. En effet, un manteau initialement froid et non convectif, ainsi qu'une viscosité peu dépendante de la température, permettent d'obtenir une réactivation du noyau vers 1 milliard d'années, lorsque la convection démarre dans le manteau. Dans des conditions de températures plus élevées, cette réactivation n'est pas possible car la convection démarre très vite. Cependant la transition spinelle-perovskite a des effets non négligeables puisqu'elle tend à réchauffer le noyau et le manteau. De plus, dans ces conditions, l'ajout d'un saut de viscosité entraîne rapidement une situation instable et un phénomène d'avalanche où un panache chaud ascendant se forme et permet au noyau de refroidir efficacement. En conclusion, les conditions initiales de température et la loi de viscosité s'avèrent des paramètres capitaux quant à l'évolution thermique de la planète.

Im Rahmen des Projektes DRESDYN wird einem mit Fluid gefülltem rotierenden Behälter eine Präzession aufgezwungen. Durch Fertigungsungenauigkeiten und andere Einflusse weicht die Position des Masseschwerpunktes des Behälters von den Rotationsachsen ab, was zu harmonischen Kräften in der Behälterlagerung führt. Die Eigenfrequenzen der Unterkonstruktion liegen relativ niedrig, was eine zeitdiskrete quasistatische Betrachtung nicht mehr erlaubt. Eine transiente Analyse würde dagegen bei der Anzahl an Lastfällen einen viel zu großen Rechenaufwand verursachen. Da die Kräfte in einen statischen und harmonischen Anteil zerlegt werden können, kann die Frequenzganganalyse alternativ zur Lösung des Problems verwendet werden. Die Expansion der harmonischen Lösung liefert die diskreten Zeitschritte der Reaktionskraft- und Spannungsamplituden, welche für einen Ermüdungsfestigkeitsnachweis verwertet werden können.

Les interactions entre la convection humide et la dynamique de grande échelle sont au cœur du climat tropical et de sa variabilité. Les processus associés aux nuages convectifs, tels que la condensation, l'évaporation, les processus radiatifs, et le transport d'énergie à petite échelle associé, génèrent des gradients de température dans l'atmosphère. Ces derniers engendrent des circulations de grande échelle qui contrôlent les distributions spatio-temporelles d'énergie et d'humidité, et donc en retour celle de la convection. Ces interactions forment probablement l'un des problèmes scientifiques majeurs de la modélisation de l'atmosphère. L'objectif de cette thèse est d'analyser la représentation de ces interactions dans le modèle de climat ARPEGE-Climat Version 6 et de comprendre le rôle qu'elles peuvent jouer dans les principaux biais du modèle sous les tropiques, notamment un biais froid de plusieurs degrés en moyenne et haute troposphère et un biais sec vers 850 hPa. Les impacts des processus convectifs sur la grande échelle sont souvent caractérisés par deux quantités, la source de chaleur apparente Q1 et le puits d'humidité apparent Q2 . Bien que difficilement observables, ces deux quantités peuvent être estimées en déployant un réseau de radiosondages permettant de déterminer les différents termes des bilans d'eau et d'énergie sur un quadrilatère donné. Un tel dispositif a été mis en œuvre d'octobre à décembre 2011 pendant la campagne CINDY2011/DYNAMO au cœur de l'Océan Indien. Les observations collectées et les données de Q1 et Q2 dérivées ont été utilisées dans cette thèse pour (i) caractériser le cycle de vie de la convection et (ii) mettre en place une configuration unicolonne du modèle ARPEGE-Climat sur les quadrilatères Nord et Sud du domaine CINDY2011/DYNAMO. Les résultats ont montré que le modèle ARPEGE-Climat est capable de reproduire de manière satisfaisante les transitions entre régimes de convection peu profonde, profonde et stratiforme, malgré une nette sous-estimation du flux d'évaporation en surface et de l'activité convective sur le domaine nord. Le modèle reproduit plus difficilement l'humidification de la troposphère pendant les phases de cumulus peu profonds. Les résultats obtenus dans ce cadre unicolonne ont ensuite été confrontés à des configurations 3D du modèle ARPEGE-Climat, à la fois en mode AMIP où le modèle est seulement forcé par les températures de la mer observées, et en mode "Transpose-AMIP" où le modèle est de plus initialisé à partir d'états réalistes de l'atmosphère. L'analyse de la dérive systématique du modèle dans ces simulations Transpose-AMIP a permis de montrer que les biais obtenus en mode AMIP étaient associés à des processus rapides (quelques jours). Ces biais sont généralement aussi très similaires à ceux documentés dans le cadre unicolonne. L'origine des biais thermodynamiques est analysée plus en détail, soulignant un rôle important des régimes de convection profonde, notamment dans sa phase stratiforme, pour le biais froid de la haute troposphère, et des défauts importants dans les régimes de cumulus peu profond et de congestus pour les biais d'humidité. Ces régimes mériteront une attention particulière dans les prochains développements de la physique d'ARPEGE-Climat. / The tropical climate and its variability at multiple timescales are dominated by interactions between moist convection and the large-scale atmospheric circulation. Small-scale processes associated with convective clouds such as condensation and evaporation, radiation, and vertical mixing all contribute to atmospheric temperature gradients which generate large-scale circulations. Such circulations exert a control on the spatio-temporal distribution of energy and humidity within the tropical atmosphere and, in turn, on moist convection. These twoway interactions represent one of the most difficult scientific challenge for global atmospheric modelling. The main objective of the present thesis is to analyse the representation of these interactions in Version 6 of the ARPEGE-Climat atmospheric general circulation model and to understand their possible contribution to the main model biases in the tropics, especially a cold bias in the mid and upper troposphere and a dry bias around 850 hPa. The large-scale impacts of moist convection are often characterized by two quantities, the apparent heat source, Q1, and the apparent moisture sink, Q2. Although difficult to observe, these two quantities can be estimated by deploying a sounding array of sufficient density to compute the different terms of the water and energy budgets over a selected domain. Such a strategy was implemented between October and December 2011 during the CINDY2011/DYNAMO field campaign in the middle of the tropical Indian Ocean. The collected observations and the derived Q1 and Q2 estimates are used in the present thesis to (i) characterize the life cycle of the tropical convection and (ii) set up a single column configuration of the ARPEGE-Climat model on the northern and southern domains of the campaign. Results show that the model is able to capture satisfactorily the transitions between different convective regimes, from shallow to deep and stratiform, despite a strong undestimation of surface evaporation and of the overall convective activity over the northern domain. The model however shows some difficulties at simulating the troposphere moistening during the shallow cumulus regime. The single column model results are then compared to 3D configurations of the ARPEGEClimat model, both in AMIP mode where the model is only driven by observed sea surface temperatures, and in " Transpose-AMIP " mode where the model is also initialized from realistic atmospheric conditions. Through the analysis of the systematic atmospheric drift across these Transpose-AMIP integrations, the dominant contribution of fast (within a few days) processes to the model biases found in AMIP mode is highlighted. Such biases also show some similarity with the errors simulated in the single-column framework. A more detailed analysis of the model systematic errors reveals a strong contribution of deep convection, especially in its stratiform regime, to the cold bias in the upper troposphere, and of deficiencies in the shallow cumulus regime to the moisture biases. These regimes will therefore deserve a particular attention during the next phase of development of the ARPEGE-Climat model.

Ce document est une synthèse de mes travaux de recherche en Physique qui s'articule selon trois axes: turbulence hydrodynamique, magnétohydrodynamique et turbulence d'onde. J'ai développé des techniques de mesure originales destinées à l'analyse lagrangienne de la turbulence hydrodynamique: il s'agit de suivre le mouvement de particules entraînées par un écoulement à haut nombre de Reynolds. Malgré le fait que la statistique de vitesse Lagrangienne soit gaussienne avec une décorrélation exponentielle, la modélisation de l'écoulement par une équation de Langevin est insuffisante à cause la très forte intermittence de la vitesse Lagrangienne. Celle-ci se traduit en particulier par un distribution fortement non gaussienne de l'accélération. En comparant les données expérimentales avec un modèle de marche aléatoire multifractale, nous avons mis en évidence le lien entre corrélations temporelles longues de l'amplitude de l'accélération et les propriétés statistiques d'intermittence. Une description multifractale suggère par ailleurs une certaine universalité de l'intermittence Lagrangienne entre différents écoulements expérimentaux ou numériques. Les mêmes techniques expérimentales sont appliquées à l'étude de la dynamique de particules inertielles. Cela permet en particulier d'améliorer la modélisation des effets d'inertie et de taille finie dans les simulations numériques. Finalement, j'analyse le lien entre le mouvement des particules de fluide et les propriétés de transport de scalaire passif. Je participe également à la collaboration VKS dont le but est l'étude expérimentale de l'effet dynamo, c'est-à-dire la génération d'un champ magnétique par le mouvement d'un fluide conducteur (du sodium liquide dans notre cas). Nous avons mis en évidence cet effet en 2006 et montré l'existence de régimes dynamiques du champ magnétique qui, pour certains, ressemblent fortement aux renversements du champ magnétique terrestre. Nous avons montré que les conditions aux limites jouent un rôle crucial. Les régimes dynamiques correspondent au comportement attendu par des systèmes dynamiques de basse dimension malgré le fait que l'écoulement est fortement turbulent et fait donc intervenir un grand nombre de degrés de liberté. Pour étudier la saturation de la croissance du champ dynamo, nous avons mis en oeuvre à l'ENS Paris, une expérience dans le gallium dans laquelle nous étudions l'effet d'un champ magnétique élevé sur un écoulement turbulent. Les effets de freinage magnétique ont été mis en évidence. Finalement, j'ai développé récemment une expérience de turbulence d'onde. La turbulence d'onde présente des ressemblances phénoménologiques avec la turbulence hydrodynamique, avec l'avantage d'une théorie statistique: la turbulence faible. Nous étudions expérimentalement les vibrations d'une tôle mince en acier inoxydable. Une technique de profilométrie par transformée de Fourier à haute vitesse permet de mesurer l'évolution temporelle de la déformation de la plaque résolue à la fois en temps et en espace. Les propriétés statistiques de ces vibrations sont en désaccord quantitatif avec la théorie mais la phénoménologie semble similaire. Ces nouvelles mesures ouvrent de nombreuses perspectives d'interaction avec les théoriciens de la turbulence d'onde.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation des petites échelles de la turbulence afin d'obtenir des équations fermées pour les grandeurs à grande échelle (ou moyennées). Nous nous basons sur des modèles de type stochastique ou statistique afin d'étudier les trois problèmes suivants : - Les grandeurs globales dans un écoulement fortement turbulent, en turbulence hydrodynamique. En adoptant une paramétrisation stochastique des petites échelles, nous prédisons la distribution statistique du couple reçu par la turbulence. - l'effet dynamo engendé par un écoulement turbulent. Une modélisation stochastique permet de dériver une équation pour la distribution de probabilité du champ magnétique et d'identifier un seuil d'effet dynamo en présence de turbulence. - les états d'équilibre de la turbulence axisymétrique aussi bien hydrodynamique que magnétohydrodynamique. Nous les étudions via une approche de mécanique statistique.