Nous évaluons l'interaction de Casimir entre un miroir plan et un miroir sphérique, à température arbitraire, en tenant compte de la réflexion imparfaite. Cela nous permet d'étudier la riche dépendance à la géométrie de l'effet Casimir, et d'estimer l'erreur faite par l'approximation de proximité (PFA), communément utilisée pour cette configuration sphère-plan qui est celle des expériences. Pour cette évaluation nous appliquons la méthode de diffusion, basée sur la théorie des réseaux optiques, à la géométrie sphère-plan. La température est prise en compte par la formule de Matsubara. La réflexion sur le plan est exprimée à l'aide d'ondes planes, celle sur la sphère à l'aide d'ondes sphériques, entraînant un développement multipolaire. Les indices (l,m) de ces dernières sont tronqués à une valeur maximale pour l'évaluation numérique. Nous étudions d'abord le cas de la température nulle. Les résultats numériques permettent de caractériser l'erreur des différentes méthodes d'approximation, en fonction du modèle utilisé pour les miroirs, et de mettre en évidence des corrélations entre les effets de géométrie et de conductivité finie. Nous analysons ensuite la dépendance de l'effet Casimir à la température. Pour des miroirs parfaits, nous observons des corrélations entre les effets thermiques et géométriques pouvant entraîner une contribution répulsive des photons thermiques à la force de Casimir. Ce phénomène peut être associé à l'apparition de valeurs négatives pour l'entropie. Enfin, pour des miroirs métalliques à température ambiante nous observons une grande variété de corrélations entre les effets de la géométrie, de la température et de la dissipation dans les métaux.

La cristallisation en solution est un procédé largement utilisé dans l'industrie comme opération de séparation et de purification qui a pour but de produire des solides avec des propriétés spécifiques. Les propriétés concernant la taille et la forme ont un impact considérable sur la qualité finale des produits. Il est donc primordial de pouvoir déterminer la distribution granulométrique (DG) des cristaux en formation. En utilisant une caméra in situ, il est possible de visualiser en temps réel les projections 2D des particules 3D présentes dans la suspension. La projection d'un objet 3D sur un plan 2D entraîne nécessairement une perte d'informations : déterminer sa taille et sa forme à partir de ses projections 2D n'est donc pas aisé. C'est tout l'enjeu de ce travail: caractériser géométriquement et morphométriquement des objets 3D à partir de leurs projections 2D. Tout d'abord, une méthode basée sur le maximum de vraisemblance des fonctions de densité de probabilité de mesures géométriques projetées a été développée pour déterminer la taille d'objets 3D convexes. Ensuite, un descripteur de forme stéréologique basé sur les diagrammes de forme a été proposé. Il permet de caractériser la forme d'un objet 3D convexe indépendamment de sa taille et a notamment été utilisé pour déterminer les facteurs d'anisotropie des objets 3D convexes considérés. Enfin, une combinaison des deux études précédentes a permis d'estimer à la fois la taille et la forme des objets 3D convexes. Cette méthode a été validée grâce à des simulations, comparée à une méthode de la littérature et utilisée pour estimer des DGs d'oxalate d'ammonium qui ont été comparées à d'autres méthodes granulométriques.

Cette thèse de mathématiques appliquées traite de la modélisation des déplacements de nageurs microscopiques. Nous étudions principalement les problèmes de contrôlabilité et d'optimalité associés à la mobilité d'un micro-nageur. Dans une première partie, nous présentons un modèle de nageur simplifié, appelé le"N- link swimmer". Ensuite, nous ́etudions sa contrôlabilité ainsi que l'existence de stratégies lui permettant d'atteindre un point donné le plus vite possible. Dans une deuxième partie, nous analysons les effets de la présence d'un bord sur la mobilité d'un micro-nageur. Nous montrons qu'un nageur qui est contrôlable lorsqu'il évolue dans l'espace non borné, reste "presque partout" localement contrôlable lorsqu'il nage dans un domaine délimité par un mur plat ou rugueux. Au contraire, nous prouvons qu'un nageur qui n'est pas capable d'atteindre toutes les directions lorsqu'il se déplace dans un domaine sans bord peut élargir ses directions accessibles en présence d'un mur (plat ou rugueux). Enfin, la dernière partie de la thèse fournit un cadre à l'étude de problèmes de contrôle optimal associés aux déplacements de nageurs ayant une dynamique sans dérive. Tout d'abord, nous ́etudions les propriétés mathématiques de plusieurs problèmes de contrôle optimal ayant des coûts fonctionnels différents (existence puis comportement). Ensuite, nous considérons les nageurs ayant deux degrés de liberté. Pour ces modèles particuliers de nageurs, nous présentons un cadre permettant d'en déduire des propriétés géométriques locales pour les solutions de certains problèmes de contrôle optimal. Tout au long de ce dernier chapitre, des simulations numériques, réalisées sur un exemple de nageur ayant une dynamique explicite, illustrent les résultats théoriques.

Diverses techniques de modélisation sont utilisées en synthèse d'images et en CAO (conception assistée par ordinateur) pour produire des images réalistes et analyser les propriétés géométriques des objets solides modélisés. Cependant, malgré les progrès récents, la conception de formes géométriques reste une tâche complexe. Les objets géométriques que veut modéliser l'utilisateur doivent vérifier certaines propriétés, traditionnellement appelées contraintes. Pour pallier ces inconvénients certains systèmes de modélisation fournissent des outils de spécification des formes par des contraintes géométriques. Nous proposons dans cette thèse deux méthodes de résolution du système de contraintes. La première méthode étudie les graphes bipartis sous-jacents aux systèmes d'équations. Nous montrons qu'il est possible de décomposer polynomialement ces systèmes en sous-systèmes sur-contraints (plus d'équations que d'inconnues), sous-contraints (plus d'inconnues que d'équations) et bien-contraints (autant d'équations que d'inconnues) a partir du graphe biparti. La deuxième méthode proposée étudie les différentes configurations induites par des contraintes de distances, d'angles et de tangences entre points, droites et cercles. Les entités géométriques sont déterminées par un algorithme de réduction de graphes et un système à base de règles.

La diffraction d'une onde électromagnétique est étudiée dans de nombreux domaines industriels. Certaines études, concernant les objets diffractant de petite taille par rapport à la fréquence, utilisent des<br />méthodes numériques basées sur les équations de Maxwell sous forme intégrale : les Méthodes de Moments et plus récemment les Méthodes Multipôles. Dans le cadre d'études sur de grands objets ou à hautes fréquences, ces méthodes deviennent rapidement trop coûteuses.<br />L'objet de cette thèse est de fournir une autre approche permettant de pallier ces problèmes grâce à une formulation utilisant des développements asymptotiques basés sur la Théorie Géométrique de la Diffraction (TGD).\\<br />L'application d'une méthode de couche limite à ces problèmes pour des corps réguliers dans la région proche de la frontière ombre-lumière et dans la zone d'ombre nous amène, en utilisant l'équation d'Airy, à des expressions intégrales du champ diffracté.<br />Une telle application de méthode de couche limite à des géométries de corps allongés donne plutôt une équation bi-confluente réduite de Heun. N'ayant pas de solution analytique de cette équation de Heun, nous obtenons des solutions par<br />approximations de l'équation étudiée.<br />Les résultats numériques obtenus par une implémentation de ces formulations associée à un algorithme de lancer de rayons montrent une très bonne correspondance avec des résultats de méthodes intégrales.

Cette thèse de mathématiques appliquées traite de la modélisation des déplacements de nageurs microscopiques. Nous étudions principalement les problèmes de contrôlabilité et d'optimalité associés à la mobilité d'un micro-nageur. Dans une première partie, nous présentons un modèle de nageur simplifié, appelé le"N- link swimmer". Ensuite, nous ́etudions sa contrôlabilité ainsi que l'existence de stratégies lui permettant d'atteindre un point donné le plus vite possible. Dans une deuxième partie, nous analysons les effets de la présence d'un bord sur la mobilité d'un micro-nageur. Nous montrons qu'un nageur qui est contrôlable lorsqu'il évolue dans l'espace non borné, reste "presque partout" localement contrôlable lorsqu'il nage dans un domaine délimité par un mur plat ou rugueux. Au contraire, nous prouvons qu'un nageur qui n'est pas capable d'atteindre toutes les directions lorsqu'il se déplace dans un domaine sans bord peut élargir ses directions accessibles en présence d'un mur (plat ou rugueux). Enfin, la dernière partie de la thèse fournit un cadre à l'étude de problèmes de contrôle optimal associés aux déplacements de nageurs ayant une dynamique sans dérive. Tout d'abord, nous ́etudions les propriétés mathématiques de plusieurs problèmes de contrôle optimal ayant des coûts fonctionnels différents (existence puis comportement). Ensuite, nous considérons les nageurs ayant deux degrés de liberté. Pour ces modèles particuliers de nageurs, nous présentons un cadre permettant d'en déduire des propriétés géométriques locales pour les solutions de certains problèmes de contrôle optimal. Tout au long de ce dernier chapitre, des simulations numériques, réalisées sur un exemple de nageur ayant une dynamique explicite, illustrent les résultats théoriques.

L'œuvre de Descartes est une œuvre de pensée, qu'il a voulue et qu'il a bâtie avec méthode, rigueur et constance tout au long de sa vie. À travers cette œuvre, ce n'est pas tant la vérité des choses que l'on découvre, que la manière dont on peut construire sa pensée et son propre système de certitudes. Et la manière que nous propose Descartes et qu'il a lui-même mise en œuvre repose sur le souci de la cohérence. Penser avec vérité le monde est alors le moyen le plus sûr de penser de manière cohérente. L'étude a pour objet de mettre en lumière les règles qui constituent, de fait, ce que l'on peut appeler la maxime cartésienne de la pensée. Pour ce faire, on commence par décrire ce qu'est, pour Descartes, d'une part la pensée, et d'autre part ce monde qu'il s'agit justement de penser. On est ainsi conduit à examiner et à critiquer en particulier la place que tient l'existence de Dieu dans le dispositif cartésien qui vise à garantir la cohérence de sa propre pensée. Malgré l'application qu'il fit de sa maxime, Descartes n'évita pourtant pas une erreur qui allait fragiliser son système de certitudes : il s'agit de sa conception de la matière comme pure étendue. Le "roman de la nature" qu'il imagina alors sur cette base erronée a beau être très cohérent, il ne représente malheureusement pas la réalité du monde. C'est en introduisant l'intersubjectivité dans l'éthique de la pensée, c'est-à-dire en acceptant de frotter son propre système de certitudes à celui d'un Autre, dont on reconnaît l'existence et la valeur, que l'on peut sans doute éviter ce type de dérive. On constate alors que l'idée de l'Homme, qui est à la fois l'ego cartésien et cet Autre, remplace avec profit l'idée de Dieu dans la perspective d'une garantie de la vérité.

Le problème du transport optimal, originellement introduit par Monge au 18ème siècle, consiste à minimiser l'énergie nécessaire au déplacement d'une masse dont la répartition est donnée vers une autre masse dont la répartition est elle aussi donnée; mathématiquement, cela se traduit par : trouver le minimiseur de l'intégrale de c(x,T(x)) (où c est le coût de transport de x vers T(x)) parmi toutes les applications T à mesure image prescrite.Cette thèse est consacrée à l'étude de problèmes variationnels similaires où l'on fait intervenir la matrice jacobienne de la fonction de transport, c'est-à-dire que le coût dépend de trois variables c(x,T(x),DT(x)) ; il s'agit typiquement de rajouter l'intégale de |DT(x)|^2 à la fonctionnelle afin d'obtenir une pénalisation Sobolev. Ce type de problème trouve ses motivations en mécanique des milieux continus, élasticité incompressible ou en analyse de forme et appelle d'un point de vue mathématique une approche totalement différente de celle du problème de transport usuel.Les questions suivantes sont envisagées :- bonne définition du problème, notamment de l'énergie de Dirichlet, via les espaces de Sobolev par rapport à une mesure, et résultats d'existence de minimiseurs ;- caractérisation de ces minimiseurs : optimalité du transport croissant sur la droite réelle, et approche du type équation d'Euler-Lagrange en dimension quelconque ;- sélection d'un minimiseur via une procédure de pénalisation du type Gamma-convergence (l'énergie de Dirichlet est mutipliée par un petit paramètre) lorsque le coût de transport est le coût de Monge donné par la distance, pour lequel l'application de transport optimale n'est pas unique ;- autres approches du problème et perspectives : formulation dynamique du type Benamou-Brenier, et formulation duale similaire à celle de Kantorovitch dans le cas du problème du transport optimal usuel.

Nous construisons l'espace de modules M_θ(X) des (G,h)-constellations θ-stables sur X pour un groupe réductif G qui agit sur un schéma affine X sur C et pour une fonction de Hilbert h: Irr G → N_0. Cet espace de modules est une généralisation commune du schéma de Hilbert invariant d'après Alexeev et Brion et de l'espace de modules des G-constellations θ-stables pour un groupe fini G introduit par Craw et Ishii. Notre construction d'un morphisme M_θ(X) → X//G fait de cet espace de modules un candidat pour une résolution des singularités du quotient X//G. De plus, nous déterminons le schéma de Hilbert invariant de la fibre en zéro de l'application moment d'une action de Sl_2 sur (C²)⁶. C'est un des premiers exemples d'un schéma de Hilbert invariant avec multiplicités. Ceci nous amène à décrire une façon générale de procéder pour effectuer de tels calculs. En outre, nous démontrons que notre schéma de Hilbert invariant est lisse et connexe : Cet exemple est donc une résolution des singularités de la réduction symplectique de l'action.

La planification du mouvement connait une utilisation croissante dans le contexte industriel. Qu'elle soit destinée à la programmation des robots dans l'usine ou au calcul de l'assemblage d'une pièce mécanique, la planification au travers des algorithmes probabilistes est particulièrement efficace pour résoudre des problèmes complexes et difficiles pour l'opérateur humain. Cette thèse CIFRE, effectuée en collaboration entre le laboratoire de recherche LAAS-CNRS et la jeune entreprise Kineo CAM, s'attache à résoudre la problématique de planification de mouvement dans l'usine numérique. Nous avons identifié trois domaines auxquels s'intéressent les partenaires industriels et nous apportons des contributions dans chacun d'eux: la détection de collision, le volume balayé et le mouvement en collision. La détection de collision est un opérateur critique pour analyser des maquettes numériques. Les algorithmes de planification de mouvement font si souvent appel à cet opérateur qu'il représente un point critique pour les performances. C'est pourquoi, il existe une grande variété d'algorithmes spécialisés pour chaque type de géométries possibles. Cette diversité de solutions induit une difficulté pour l'intégration de plusieurs types de géométries dans la même architecture. Nous proposons une structure algorithmique rassemblant des types géométriques hétérogènes pour effectuer les tests de proximité entre eux. Cette architecture distingue un noyau algorithmique commun entre des approches de division de l'espace, et des tests spécialisés pour un couple de primitives géométriques donné. Nous offrons ainsi la possibilité de facilement ajouter des types de données nouveaux sans pénaliser la performance. Notre approche est validée sur un cas de robot humanoïde qui navigue dans un environnement inconnu grâce à la vision. Concernant le volume balayé, il est utilisé pour visualiser l'étendue d'un mouvement, qu'il soit la vibration d'un moteur ou le geste d'un mannequin virtuel. L'app roche la plus innovante de la littérature repose sur la puissance du matériel graphique pour approximer le volume balayé très rapidement. Elle est toutefois limitée en entrée à un seul objet, qui lui-même doit décrire un volume fermé. Afin d'adapter cet algorithme au contexte de la conception numérique, nous modifions son comportement pour traiter des " soupes de polygones " ainsi que des trajectoires discontinues. Nous montrons son efficacité sur les mouvements de désassemblage pour des pièces avec un grand nombre de polygones. Une soupe de polygones est plus difficile à manipuler qu'un volume bien formé. Le calcul du volume balayé introduit des opérateurs d'agrandissement et de rétrécissement des objets discrétisés. Le rétrécissement peut être utilisé pour d'autres applications dans la planification du mouvement à condition que la topologie de l'objet soit conservée pendant la transformation. Afin de préserver celle-ci, nous définissons le calcul du squelette qui préserve l'équivalence topologique. En gardant le squelette, nous employons l'opérateur de rétrécissement pour chercher les passages étroits des problèmes difficiles de planification de mouvement. Enfin, nous abordons le problème de la planification de mouvement en collision. Cette antilogie exprime la capacité d'autoriser une collision bornée pendant la recherche de trajectoire. Ceci permet de résoudre certains problèmes d'assemblage très difficiles. Par exemple, lors du calcul des séquences de désassemblage, il peut être utile de permettre à des "pièces obstacles" telles que les vis de se déplacer pendant la planification. De plus, en autorisant la collision, nous sommes capables de résoudre des problèmes de passage en force. Cette problématique se pose souvent dans la maquette numérique où certaines pièces sont " souples " ou si le problème consiste à identifier la trajectoire "la moins pire" quand aucun chemin sans collision n'existe. Nous apportons dans ce travail plusieurs contributions qui s'appliq uent à la conception numérique pour la robotique industrielle. Nous essayons de marier une approche scientifique avec des critères de fonctionnalités strictes pour mieux s'adapter aux utilisateurs de la conception numérique. Nous cherchons à exposer les avantages et les inconvénients de nos approches tout au long du manuscrit.