The ultimate goal of this research is to develop the capability of direct numerical simulation of a flow containing numerous rigid finite size particles. In order to reach this goal, we have implemented the smoothed profile method (SPM) in the University of Iowa in-house solver, pELAFINT3D and overcame several challenges related to the method. This includes a proposed formulation for the interface thickness and many validations and comparisons with experimental data as well as with a second-order accurate sharp interface method. As one of the issues related to low-density particles is the instability, SPM has been improved by developing to a fully implicit scheme. Moreover, use of higher order integration formulation and implementation of Euler parameters have been shown to be helpful in stabilization of the calculations. To preserve the efficiency when the number of the particles increases, local mesh refinement is shown to be a very effective tool. A revised version of SPM that has only one projection step is proposed to improve the efficiency of the method. A comprehensive efficiency study is performed and it has been shown that the new method is less expensive in problems with high added mass effect when strongly coupled fluid-structure interaction schemes are used. Moreover, the code is massively parallelized using MPI and PETSc libraries. The parallelization includes I/O, operations leading to construction of the linear solver as well as the solver itself. Simulation of a particle laden flow involves particles collisions. Two novel collision models are suggested which are able to avoid particle overlapping for arbitrary shape particles. The methods are efficient as they are not involved with extra grid refinement related to implementing lubrication forces. The issue of handling continuously changing number of particles in a particle laden flow is solved by implementation of a linked list data structure for the particles. By studying a flow over a constricted region we showed that the platelets’ activation is more likely to happen for the particles that pass from the middle of the upper bump region because those particles will have longer exposure time to the high shear flow behind the bump. PDF contour of particles’ presence show the more concentrated presence of the particles near the bump. Moreover, the interaction of RBCs and platelets pushes the platelets toward the wall after the bottom wall.

Due to the nature of tunnels, a driver in an underground mine may find themselves driving without much vision of the road up ahead. The tunnels usually allow for traffic in both directions but are often only wide enough for a single vehicle. To let vehicles pass each other meeting slots have been carved into the tunnel walls, where one can park while the other passes. Because of the limited vision, however, it is unlikely that a meeting with another vehicle will occur directly next to such a meeting slot. Instead, one of the vehicles must reverse to the closest meeting slot in order to let the other pass. This makes mine tunnels a very inhospitable driving environment, causing disruptions to traffic flow throughout the mine. Unfortunately, typical traffic management or scheduling solutions are not useful, as real-time positioning for the vehicles is often poor while network connectivity cannot be guaranteed in the mine environment. This thesis presents a solution which will avoid situations where a driver needs to back up, and instead present meeting slots in which to park ahead of time. This is done by calculating velocity probability distributions for road segments from historical data and using these to estimate arrival times to meeting slots. In addition, a more comprehensive solution is presented, taking into account the accuracy of positioning, outdated information due to poor connections and more complicated scenarios. The results show that estimating arrival times using only historical data is a very feasible technology, which can realistically be implemented today. Such an implementation could, in the author's opinion, improve driver safety and efficiency significantly, compared to a driver having no information or simply knowing rough positions of nearby vehicles. This being said, there are still steps that can be taken to improve the solution and to develop a more comprehensive system overall.

A suite of new collision avoidance systems (CAS) is presented for use in heavy vehicles whose structure and size necessarily impede driver visibility is introduced. The main goal of the project is to determine the appropriate use of each of the commercially available technologies and, where possible, produce a low cost variant suitable for use in proximity detection on large mining industry haul trucks. CAS variants produced were subjected to a field demonstration and, linked to the output from the earlier CAS 1 project, (a production high-definition in-cabin video monitor and r/f tagging system). The CAS 2 system used low cost Doppler continuous wave radar antennae coupled to the CAS 1 monitor to indicate the presence of an object moving at any speed above 3 Km/h relative to the antennae. The novelty of the CAS 3 system lies in the design of 3 interconnected, modules. The modules are 8 radar antennae (as used in CAS 2) modules located on the truck, software to interface with the end user (i.e. the drivers of the trucks) and a display unit. Modularisation enables the components to be independently tested, evaluated and replaced when in use. The radar antennae modules and the system as a whole are described together with the empirical tests conducted and results obtained. The tests, drawing on Monte-Carlo simulation techniques, demonstrate both the 'correctness' of the implementations and the effectiveness of the system. The results of the testing of the final prototype unit were highly successful both as a computer simulation level and in practical tests on light vehicles. A number of points, (as a consequence of the field test), are reviewed and their application to future projects discussed.

The requirement to operate vehicles in low light and/or night environments whilst wearing night vision goggle (NVG) systems has become increasingly common during military operations. There is very limited research investigating injury risks associated with these systems during ground vehicle collisions. This study examined the injury risks associated with wearing the Australian Defence Force - Enhanced Combat Helmet (ECH) and NVG system, in frontal vehicle collisions. This project consisted of two components: (1) crash tests using a sled and (2) numerical simulations of impacts. Four dynamic sled tests were conducted using a 50th percentile, male, Hybrid III dummy positioned on a rigid seat. Frontal impact tests were performed at a 40 km/h change in velocity (*v) and 20 g deceleration. The test configurations were as follows: (a) Base; (no helmet or additional equipment); (b) ECH; and, (c) ECH and NVG. Condition (c) was carried out twice, to determine repeatability. The sled test protocols were reconstructed precisely with the numerical simulation package MADYMO and the simulations were shown to correlate well with the experimental results. Using this validated model, four parametric studies were undertaken to assess the influence of counterweights, seat cushion, seatbelt pre-tensioner, and the vehicle's *v and acceleration on injury risks. The study found that neck loads were within acceptable limits, with the exception of the neck extension moment, which was exceeded for all NVG conditions. Based on the parametric studies, no major improvements were observed in the neck extension moments with the use of counterweights or a seat cushion. In contrast the use of a seatbelt pre-tensioner was observed to decrease greatly this neck injury risk in certain scenarios. The study also identified that a *v of 15 km/h and peak acceleration of up to 14 g were required to keep the neck extension moment below the prescribed injury criteria. However, the high neck extension moment values may have been partially attributable to the stiff Hybrid III neck. This study identified a possible injury mechanism for soldiers using the ECH and NVG system during specific impact scenarios. The method applied in this project was designed to be repeatable.

Ce mémoire a pour objet le calcul des collisions de gouttes dans divers écoulements laminaires et turbulents. Dans le cadre de l'approximation des équations de Stokes, les forces d'interactions hydrodynamiques entre deux gouttes sont déterminées de façon exacte au moyen d'un système de coordonnées bisphériques. Ces forces permettent de calculer les taux de collision pour des écoulements de cisaillement simple et d'élongation pure. Les sections de collision sont obtenues par trajectographie. Les résultats montrent un accroissement de l'efficacité de collision lorsque l'inertie des gouttes croît. L'expression du taux de collision en écoulement turbulent est analogue à celle utilisée en théorie cinétique des gaz. La fonction de distribution de paires est obtenue pour une turbulence homogène et isotrope et à l'aide de notions de probabilités conditionnelles. Les taux de collision sont calculés sans et avec la gravité. L'évolution granulométrique d'un nuage de gouttes est décrite à l'aide d'une équation cinétique de type Smoluchowski. Cette équation est résolue au moyen d'une méthode numérique originale. Deux cas sont traités. Pour de petites gouttes en écoulement turbulent homogène et isotrope, l'élargissement du spectre de gouttes demande plus de temps si les interactions hydrodynamiques sont prises en compte. Pour de grosses gouttes, compte tenu de la gravité, la formation par collisions de gouttes de diamètre supérieur à 200 microm dépend fortement de la turbulence. Les résultats corroborent les relevés \textit{in situ} dans des strati.

Au cours de cette thèse, nous avons abordé la problématique du suivi du mouvement humain. Nous proposons d'utiliser plusieurs caméras vidéos, permettant de s'affranchir de contraintes sur l'environnement de capture ainsi que de la pose de marqueurs sur l'acteur, au contraire des systèmes courament utilisés. Cela complexifie la recherche d'une information pertinente dans les images mais aussi la corrélation de cette information entre les différentes images ainsi que l'interprétation de cette information en terme de mouvements articulaires du corps humain. Nous nous intéressons à une approche utilisant les contours occultants du corps et étudions le lien entre le mouvement articulaire du corps et le mouvement apparent des contours dans les images. La minimisation de l'erreur entre les contours extraits des images et la projection du modèle nous permet d'estimer le mouvement de l'acteur. Nous montrons que l'utilisation d'images video permet entre autres de produire des informations complémentaires telles que les contacts entre les parties du corps de l'acteur. Ces informations sont importantes pour la ré-utilisation des mouvements en animation 3D.

La simulation N-Corps d'un plasma consiste à calculer l'interaction coulombienne mutuelle entre N particules chargées. Nous avons adapté un algorithme N-Corps de type ``code en arbre'', utilisé avec succès dans le cas gravitationnel, pour la simulation de plasmas. Pour l'instant, nous avons trouvé deux champs d'applications pour lesquels cette technique est particulièrement bien adaptée.<br /><br />Tout d'abord les problèmes d'expansion de plasma dans le vide. Ce genre de simulation fait coexister des densités d'ordres de grandeur très différents. Certaines zones peuvent avoir un comportement hydrodynamique pendant que d'autres sont peuplées de particules avec des trajectoires balistiques car trop énergétiques. Les protons, notamment, peuvent ainsi être accélérés à des vitesses requises pour la fusion. Ce type de problème, faisant intervenir une interface plasma-vide, est pratiquement impossible à étudier à l'aide des techniques de simulation courantes (e.g. codes MHD, Vlasov, Fokker-Planck, ...).<br /><br />L'autre champ d'application est celui de la simulation des plasmas modérément ou fortement couplés qui concerne de nombreux plasmas de laboratoire, mais également des plasmas astrophysiques, tels, par exemple, la zone convective du Soleil. Dans les plasmas dits couplés, les collisions ``binaires proches'' entre charges ne peuvent pas être négligées. Or, les modèles numériques de type Fokker-Planck, très majoritairement utilisés pour simuler des plasmas faiblement collisionnels, n'en tiennent pas compte ce qui les rends inadéquats à ce type de plasma. La technique N-Corps, quant à elle, gère chaque particule individuellement et peut très bien décrire précisément les trajectoires de particules subissant ce genre de déviation violente.

Nous avons développé un nouveau système de détection sans temps mort, résolu en temps et en position et basé sur des galettes de microcanaux. Le principe de ce détecteur est de coupler deux systèmes de détection indépendants qui observent le même événement pour aboutir à leur localisation sans temps mort. Le premier système est constitué d'une caméra CCD capable de fournir l'information position. Le deuxième est constitué d'une carte de numérisation pour enregistrer le signal temps issu des galettes de microcanaux. Le lien entre ces deux systèmes est assuré par une anode constituée de deux lignes à retard, placées derrière les galettes de microcanaux, capable de fournir les deux informations temps et position mais d'une façon moins précise. Ce détecteur opérant au kHz permet d'atteindre une résolution spatiale de 100 µm et temporelle de 100 ps.<br />Nous avons étudié la fragmentation induite par collision des petits agrégats d'argon (Ar2+ et Ar3+) avec une cible d'argon atomique dans la gamme des énergies du keV. Toutes les voies de fragmentation : la dissociation induite par collision (CID) et l'échange de charge dissociatif (DCT) sont analysées par la corrélation vectorielle de tous les fragments détectés en coïncidence. En particulier, nous avons montré que le processus DCT dépendait fortement de l'énergie interne initiale de l'agrégat (i.e. du défaut de résonance). La comparaison de diverses observables mesurées en collision Ar2+-Ar et Ar3+-Ar nous a conduit à conclure que les agrégats Ar3+ produits dans notre source ont majoritairement la structure d'un dimère chargé (Ar2+) autour duquel orbite un troisième atome peu lié.

Ce travail est consacré à l'étude des structures, de la sédimentation et de la subsidence jurassiques sur une transversale E-W aux Alpes Occidentales, du Massif Cristallin Externe de Belledonne à la frontière italienne, représentant la marge occidentale de la Téthys Ligure (chapitre 1). il est fondé sur des coupes stratigraphiques levées dans les zones dauphinoise, subbriançonnaise, briançonnaise et piémontaise. En vue de déterminer les positions relatives des diverses coupes, le chapitre 2 rappelle les diverses étapes de l'histoire tectonique tertiaire, puis présente une carte des unités structurales alpines à la fln du Crétacé, sur la portion des Alpes étudiée ici. La description de coupes-types (chapitre 3) met en évidence divers faciès sédimentaires et de leur paléo-environnement. Une attention particulière est portée aux brèches synsédimentaires et aux formations olistolitiques, dont la genèse s'explique par plusieurs épisodes de démantèlement. Ce chapitre s'achève sur une tentative d'attribution des faciès sédimentaires, qu'ils soient macroscopiques ou microscopiques, à un milieu de dépôt, donc à une profondeur. Des cartes de faciès sédimentaires (chapitre 4) illustrent les situations respectivement à la fin de l'Hettangien, du Carixien, du Toarcien, de l'Aalénien, du Bathonien et de l'Oxfordien. Des cartes d'isopaques vraies permettent d'apprécier le début de la différenciation des aires à forte et à faible subsidence en domaine dauphinois et subbriançonnais. Les faciès sédimentaires restent uniformes jusqu'au Toarcien, mais des aires plus subsidentes que d'autres apparaissent dès le Sinémurien. De plus, des failles synsédimentaires séparent des aires à fortes et à faibles épaisseurs. Les accidents synsédimentaires résultant des distensions liées au rifting limitent diverses structures (chapitre 5) : des demis-blocs basculés, le plus typique étant celui de Bourg d'Oisans; des grabens symétriques, tel celui de Besse; des horsts de grande dimension, comme le Massif du Pelvoux. Enfin, lorsque des évaporites triasiques sont présentes à la base de la la série sédimentaire, des mouvements diapiriques sont initiés, en relation avec la tectonique extensive. Le meilleur exemple se trouve en zone subbriançonnaise dans le Massif du Perron des Encombres. Ces accidents synsédimentaires, de quelque type qu'ils soient, ont tous eu des jeux multiples, à diverses époques. Pour préciser quantitativement les observations précédentes, la subsidence de diverses séries de la transversale est calculée dans le chapitre 6. Le paramètre le plus contraignant à ce stade est la profondeur d'eau à l'époque des dépôts. Celle-là est déterminée à l'aide de deux méthodes: d'une part, grâce aux faciès synsédimentaires, de l'autre, grâce aux caractères morphologiques des fragments de crinoïdes. La subsidence au cours du Lias et du Dogger a lieu en trois étapes, en trois à-coups, le premier au début, le deuxième vers la fin du Lias et le troisième vers la fin du Dogger. Cette subsidence est toujours positive en domaine dauphinois et piémontais. Par contre, elle devient négative vers la fin du Lias en domaine briançonnais et dans une partie du domaine subbriançonnais, qui émergent alors. L'inversion de subsidence, ainsi que les ordres de grandeur des sauts des courbes de subsidence peuvent s'expliquer par un modèle d'extensions multiples non uniformes dans la lithosphère (chapitre 7). A trois reprises, à la fin du Trias, du Lias et du Dogger, une extension rapide a causé un amincissement de la croûte et du manteau lithosphérique, qui se traduit par une subsidence initiale, suivie d'un refroidissement thermique. Le modèle unidimentionnel bicouche permet d'estimer les valeurs des taux d'amincissement, grâce aux contraintes fournies par le chapitre 6. A partir de ces taux, une image possible de la structure profonde de la marge téthysienne peut être dessinée. Parmi les explications possibles de cette image, l'hypothèse d'une zone de cisaillement inclinée soit vers l'Est soit vers l'Ouest est l'une des plus séduisante. En effet, elle permettrait d'expliquer les caractéristiques du fond océanique du domaine ligure, qui apparait à la fin du rifting.

Dans ce travail, nous avons montré comment la structure en halo de neutron d'un noyau se manifestait sur les mécanismes de réaction. Notre étude expérimentale a été appliquée à un noyau doté d'un seul neutron dans le halo (11Be) et à un noyau doté de deux neutrons dans son halo (6He) dans leurs interactions avec un noyau-cible de plomb. Le dispositif expérimental permettait une mesure simultanée des impulsions du noyau-cœur et des neutrons du halo, ainsi que de l'état d'excitation du noyau-cible. La mesure des caractéristiques cinématiques des neutrons du halo était effectuée par le nouveau détecteur TOURNESOL, un détecteur par temps de vol à scintillateur liquide de large volume. Les caractéristiques de ce détecteur sont décrites en détail dans ce document. Pour les deux faisceaux, nous avons obtenu des mesures sélectives de largeurs en impulsion, en distinguant les réactions de break-up, stripping et cassure de cœur, ainsi que différents domaines d'excitation du noyau-cible. En faisceau de 11Be les largeurs d'impulsion du noyau-cœur et du neutron de halo sont cohérentes pour les réactions de break-up, et le noyau-cible n'est pas excité. Les valeurs obtenues sont de 10 à 15% supérieures aux valeurs équivalents obtenues avec un noyau-cœur au voisinage de zéro degré. Des largeurs de distributions d'impulsion des neutrons produits lors de la cassure du cœur ont été comparées à celles en faisceau de 10Be. En faisceau de 6He, nous avons étudié les corrélations entre l'impulsion des neutrons et celle du cœur, pour constater qu'en réaction de break-up la dissociation s'effectue en une étape, et en une ou deux étapes en réaction de stripping. Dans ce dernier cas, la cassure en une étape est liée à la structure " di-neutrons " et celle en deux étapes à la structure " cigare " de l'état fondamental du noyau 6He.