Le problème de l’extrême pauvreté dans le Tiers-monde n’est pas d’abord une question économique. Il est avant tout politique parce qu’il est la conséquence directe des choix de société et de l’organisation du pouvoir au niveau des États et des diverses instances de la communauté internationale. Le politique a pour objet la conquête du pouvoir et la répartition des richesses à grande échelle. Il s’agit aussi d’un problème moral parce que les options prises collectivement par les peuples et le concert des nations ne s’orientent pas toujours vers la vertu de justice et l’égalité de chances pour tous. Extrême pauvreté et justice globale forment un binôme qui nous ramène donc au cœur de la philosophie politique et morale. Après la Seconde guerre mondiale, la philosophie politique a élargi ses horizons. Elle réfléchit davantage à l’exercice du pouvoir sur la scène internationale et la distribution des richesses au niveau mondial. Le phénomène de la mondialisation économique crée une dépendance mutuelle et d’importantes influences multilatérales entre les États. Plus que par le passé, l’autarcie n’est guère envisageable. Le dogme de la souveraineté intangible des États, issu du Traité de Westphalie au XVIIe siècle, s’avère de plus en plus caduque au regard des enjeux communs auxquels l’humanité fait actuellement face. D’où la nécessité d’une redéfinition du sens des souverainetés nationales et d’une fondation des droits cosmopolitiques pour chaque individu de la planète. Voilà pourquoi le binôme extrême pauvreté/justice globale nécessite une réflexion philosophique sur le concept de la responsabilité qui s’étend non seulement sur la sphère nationale, mais aussi sur une large amplitude cosmopolitique. L’expression « pays du Tiers-monde » peut sembler archaïque, péjorative et humiliante. Cependant, mieux que celles de « pays sous-développés » ou « pays en voie de développement », elle rend compte, sans euphémisme, de la réalité crue, brute et peu élégante de la misère politique et économique qui y sévit. Bien qu’elle semble désuète, elle délimite assez clairement le domaine de définition conceptuel et géographique de notre champ d’investigation philosophique. Elle désigne l’ensemble des pays qui sont exclus de la richesse économique répartie entre les nations. Étant donné que le pouvoir économique va généralement avec le pouvoir politique, cet ensemble est aussi écarté des centres décisionnels majeurs. Caractérisée par une pauvreté extrême, la réalité tiers-mondiste nécessité une analyse minutieuse des causes de cette marginalisation économique et politique à outrance. Une typologie de la notion de responsabilité en offre une figure conceptuelle avec une géométrie de six angles : la causalité, la moralité, la capacité, la communauté, le résultat et la solidarité, comme fondements de la réparation. Ces aspects sous lesquels la responsabilité est étudiée, sont chapeautés par des doctrines philosophiques de types conséquentialiste, utilitariste, déontologique et téléologique. La typologie de la responsabilité donne lieu à plusieurs solutions : aider par philanthropie à sauver des vies humaines ; établir et assigner des responsabilités afin que les torts passés et présents soient réparés aussi bien au niveau national qu’international ; promouvoir l’obligation de protéger dans un contexte international sain qui prenne en considération le devoir négatif de ne pas nuire aux plus défavorisés de la planète ; institutionnaliser des règles transfrontalières de justice ainsi que des droits cosmopolitiques. Enfin, nous entendrons par omniresponsabilité la responsabilité de tous vis-à-vis de ceux qui subissent les affres de l’extrême pauvreté dans le Tiers-monde. Loin d’être un concept-valise fourre-tout, c’est un ensemble de responsabilités partagées par des acteurs identifiables de la scène mondiale, en vue de la coréparation due aux victimes de l’injustice globale. Elle vise un telos : l’épanouissement du bien-être du citoyen du monde. / The problem of extreme poverty in the Third World is not first and foremost a question of economy. It is above all a political one because it is the direct consequence of choices made by societies and of the organization of power at the level of the State and of various instances of the international community. Its object is the conquest of power and the distribution of wealth on a large scale. It is also a moral problem because the options taken collectively by nations and the society of nations tend towards or against justice and equality of opportunities for everyone. Extreme poverty and global justice form a binomial that therefore brings us back to the heart of political and moral theory. After the Second World War, political theory broadened its horizons. Since then, it also reflects on the exercise of power at the international level and the distribution of wealth at the world level. The phenomenon of economic globalisation creates a mutual dependency and important multilateral influences between the States. More than in the past, autarky is no longer something to consider. The dogma of the untouchable sovereignty of the States, that came forth from the Treaty of Westphalia in the XVIIth century, appears to be more and more obsolete in view of the common stakes that presently confront humanity. From which came forth the need for a remolding of the meaning of national sovereignties and for the founding of cosmopolitical rights for every individual on the planet. That is why the binomial in question provokes more of a philosophical reflection on the concept of responsibility that extends not only to the national sphere, but to a wide cosmopolitical amplitude. The expression “countries of the Third World” may seem archaic, pejorative and humiliating. However, more so than those of "under developed countries” or "developing countries" it accounts for, without embellishment, the raw, brutal, and far from elegant reality of the political and economical misery that exists there. Though it may be obsolete, it quite clearly delimits the area of conceptual and geographical definition of our field of philosophical investigation. It designates the grouping of countries that are excluded from the economical wealth distributed among the nations. Given that economic power generally goes together with political power, this grouping is also kept away from the major decisional centers. Characterized by an extreme poverty, the Third World reality requires a meticulous analysis of the causes of this extreme economical and political marginalization. A typology of the notion of responsibility offers a conceptual figure of this reality with a geometry of six angles: causality, morality, capacity, community, result and solidarity, as foundations for reparation. These aspects, under which responsibility is studied, are overseen by philosophical doctrines of consequentialist, utilitarian, deontological and teleogical type. The typology of responsibility gives rise to many solutions: bringing aid through philanthropy in helping to save lives; establishing and assigning responsibilities so that the mistakes of the past and the present be repaired both at the national and international levels; promoting the obligation to protect in a healthy international context that takes into consideration the negative duty not to harm the most disadvantaged of the planet; institutionalizing the transboundary rules of justice as well as of cosmopolitical rights. Finally, by omniresponsibility we will understand this as the responsibility of all towards those who endure the throes of extreme poverty in the Third World. Far from being a catch-all concept, it is an ensemble of shared responsibilities for identifiable actors on the world scene, with the view of coreparation due to the victims of global injustice. It aims at a telos: the blossoming of the welfare of the citizen of the world.

La publication de Théorie de la justice par John Rawls en 1971 a apporté un nouvel élan à la philosophie politique. Plusieurs commentaires et critiques de ce livre ont ainsi nourri la réflexion sur la question de la justice sociale dans son application à l’échelle mondiale. Dans ce livre, l’auteur a démontré entre autres que la démocratie libérale permet aux citoyens ayant diverses conceptions du bien, conceptions religieuses, philosophiques ou morales, souvent incompatibles et irréconciliables, d’avoir par ailleurs une conception politique de la rectitude morale et de la justice comme fondement de la structure de base de leur société. Ceci permet alors de soutenir l’unité politique et sociale de cette structure sur une base rationnelle et raisonnable. Par la suite, dans The Law of Peoples, Rawls a présenté un autre projet, celui d’étendre cette conception à la ‘Société des peuples’ qui, pour lui, est une idéalisation du regroupement des peuples qui respectent les idéaux et les principes du ‘Droit des peuples’ dans leurs relations mutuelles, le ‘Droit des peuples’ étant, pour Rawls, une conception politique particulière de la rectitude morale et de la justice qui s’applique aux principes et aux normes du droit et des usages internationaux. Ce projet de Rawls est, comme il l’a nommé lui-même, une utopie réaliste. Partant de cette dernière comme d’un prétexte, notre étude s’inscrit dans un champ de recherche particulier de la philosophie politique, à savoir l’éthique des relations internationales. Elle se veut une contribution à l’élaboration d’une réflexion normative portant sur les principes fondamentaux de justice dans l’ordre international tel qu’il se présente dans les institutions qui l’incarnent aujourd’hui encore, comme le système des Nations Unies, et sur les conséquences de cet ordre dans l’intégration des pays de la région africaine des Grands Lacs. D’où ces questions : Qu’est-ce que l’utopie rawlsienne change-t-elle à l’ordre mondial actuel? Ses principes fondent-ils une éthique susceptible d’améliorer les relations internationales? Quelle serait la place des pays africains, et plus spécialement ceux de la région des Grands Lacs, dans l’ordre mondial inhérent à ce projet? Les réponses à ces questions déterminent ce qui pourrait être considéré comme l’éthique de la gouvernance démocratique globale et les structures pouvant l’incarner. / The publishing of A Theory of Justice by John Rawls in 1971 brought a new impetus to political philosophy. Several comments and critical analyses of this book have thus provided food for thought on the issue of social justice in its application on a world scale. In this book, the author has demonstrated, among other things, that liberal democracy allows citizens with different conceptions of good – whether religious, philosophical or moral – often incompatible and irreconcilable, to have, otherwise, a political conception of moral rectitude and justice as the foundation of the basic structure of their society. This allows to support the political and social unity of this basic structure on a rational and reasonable basis. Subsequently, in his book The Law of Peoples, Rawls presented another project, that of extending that concept to the “Society of Peoples” which, for him, is an idealization of the regrouping of those people who respect the ideals and principles of the Law of peoples in their mutual relations, the “Law of peoples” being, for him, a particular political conception of moral rectitude and justice that is applicable to principles and standards of international law and customs. This project, as Rawls called it himself, is a realistic utopia. Based on the latter as an excuse, our study is in keeping with a particular field of research in political philosophy – namely, the ethics of international relations. It is intended as a contribution to the development of a normative reflection on the fundamental principles of justice in the international order as it is found in the institutions that still embody it nowadays – such as the United Nations Organization – and on the consequences of that order in the integration of the countries of the African region of the Great Lakes. This raises questions such as: What changes does the rawlsian utopia bring to the current world order? Are its principles the basis for an ethic susceptible of improving international relations? What would be the role of African countries, particularly those of the Great Lakes, in the world order inherent in this project? The answers to these questions determine what could be considered the ethics of global democratic governance and the structures which embody it.

La recherche sur le développement du panasiatisme en dehors du Japon a été longtemps négligée par les historiens. Ce mémoire est une tentative de décloisonnement du panasiatisme afin de mieux comprendre son émergence en Asie et son rôle dans la construction de l'identité asiatique entre 1900 et 1924 en examinant le discours de cinq acteurs de l’« idéologie ». Utilisant comme perspectivel'histoire globale, il démontre comment le panasiatisme en Asie s'inscrit dans un réseau de contacts et de circulation d'idées intra-asiatique au début du 20e siècle, réseau influencé principalement par deux concepts dans sa définition de l'Asie: la race jaune et la civilisation asiatique. Tentant de mieux comprendre la relation entre la pensée en Asie et au Japon, le mémoire explore aussi les similarités et différences entre eux, notamment la création d'une identité et de la perception du Japon comme modèle de modernisation et chef du continent qui se propagent en Asie à travers la rhétorique panasiatique. / Research on the development of Pan-asianism outside Japan has long been neglected by historians. This thesis is an attempt of decompartmentalization of Pan-asianism to better understand its emergence in Asia and its role in the construction of an Asian identity between 1900 and 1924. This will be done by examining the speech of five actors of this "ideology." Using a Global History perspective, it demonstrates how Pan-asianism in Asia is part of a network of contacts and circulation of ideas in the early 20th century which was mainly influenced by two concepts in its definition of Asia: the yellow race and the Asian civilisation. Other than trying to better understand the relationships between Pan-asianism in Asia and Japan, this master’s thesis also explores the similarities and differences between them, especially the creation of an identity and a perception of Japan as a model of modernization and leader of the continent that spreads in Asia through Pan-asianism’s rhetoric.

En synthèse d’images, reproduire les effets complexes de la lumière sur des matériaux transluminescents, tels que la cire, le marbre ou la peau, contribue grandement au réalisme d’une image. Malheureusement, ce réalisme supplémentaire est couteux en temps de calcul. Les modèles basés sur la théorie de la diffusion visent à réduire ce coût en simulant le comportement physique du transport de la lumière sous surfacique tout en imposant des contraintes de variation sur la lumière incidente et sortante. Une composante importante de ces modèles est leur application à évaluer hiérarchiquement l’intégrale numérique de l’illumination sur la surface d’un objet. Cette thèse révise en premier lieu la littérature actuelle sur la simulation réaliste de la transluminescence, avant d’investiguer plus en profondeur leur application et les extensions des modèles de diffusion en synthèse d’images. Ainsi, nous proposons et évaluons une nouvelle technique d’intégration numérique hiérarchique utilisant une nouvelle analyse fréquentielle de la lumière sortante et incidente pour adapter efficacement le taux d’échantillonnage pendant l’intégration. Nous appliquons cette théorie à plusieurs modèles qui correspondent à l’état de l’art en diffusion, octroyant une amélioration possible à leur efficacité et précision. / In image synthesis, reproducing the complex appearance of objects with subsurface light scattering, such as wax, marble and skin, greatly contributes to the realism of an image. Unfortunately, this added realism comes at a high computational cost. Models based on diffusion theory aim to reduce this computational cost by simulating the physical behaviour of subsurface light scattering while imposing smoothness constraints on the incident and outgoing light fields. An important component of these models is how they are employed to hierarchically evaluate the numerical integral of lighting over the surface of an object. This thesis will first review the existing literature on realistic subsurface lighting simulation, before investigating in more depth the application and extension of modern diffusion models in image synthesis. In doing so, we propose and evaluate a new hierarchical numerical integration technique that uses a novel frequency analysis of the incident and outgoing light fields to reliably adapt the sampling rate during integration. We realize our resulting theory in the context of several state-of-the-art diffusion models, providing a marked improvement in their efficiency and accuracy.

Les domaines de la philosophie et de la théorie politique ont connu un certain nombre de changements au cours des quarante dernières années. L'un attire notre attention tout particulièrement ; le basculement d'un point de vue national, cristallisé par le contrat social rawlsien, vers un point de vue non-national. En effet, plusieurs penseurs abordent un ensemble de phénomènes considérés comme nouveaux, tels que les traités de libre commerce et l'économie globale, les entreprises et les institutions supra et transnationales, l'immigration et les contrôles frontaliers etc. Ces changements sont intéressants puisqu'ils obéissent, principalement, à une évolution majeure du terrain politique et social que l'on appelle mondialisation. Les théoriciens travaillant dans le domaine de la justice globale semblent s'adresser à deux questions différentes mais reliées. La première concerne la justice globale : dans quelle mesure et pourquoi l'ordre mondial est-il juste ou injuste ? Qu'est-ce qu'un ordre global juste ? La deuxième est dans un sens corollaire à la première, et concerne la responsabilité : qui devrait être blâmé ou digne d'éloge pour l'ordre mondial ? Est-ce que les citoyens sont responsables de l'ordre mondial ? Qui devrait redresser ses éventuelles conséquences injustes ? Face à l'économie mondialisée et aux institutions politiques et économiques internationales et trans-nationales, cette interrogation devient légitime et nécessaire : suis-je responsable à l'égard des travailleurs des sweat shop lorsque j'achète des habits à Auchan ou bien à l'égard des caféiculteurs très mal payés lorsque je prends un capuccino dans un café Starbucks ? Est-ce que les citoyens sont responsables des traités de libre commerce que leurs gouvernements signent ? Ces questions sur la responsabilité des individus dans le contexte de la mondialisation seront l'enjeu de ce travail de recherche. Nous interrogerons plus exactement la responsabilité d'un agent lorsqu'il fait partie d'un chaîne causale complexe, lorsqu'il participe d'une injustice structurelle. Ainsi, il ne s'agit pas seulement d'une chaîne causale, mais de connexions qui sont l'issue d'un changement des modes de productions, de consommation et de la concurrence dans un marché mondialisé. Plus important encore, il ne s'agit pas simplement de la responsabilité individuelle mais plutôt de la responsabilité individuelle en tant que citoyen, et donc d'une responsabilité politique. Elle peut certes être individuelle, mais nous devons tenir compte du fait qu'elle doit être pensée en tant que responsabilité politique, et pas uniquement morale, puisque l'individu et ses actions sont déterminés par des communautés politiques dans lesquelles il participe, ou dans lesquelles il est représenté. Ainsi, la mondialisation nous invite à repenser la responsabilité individuelle pour pouvoir rendre compte des intuitions morales et politiques qui guident une bonne partie du champ de la justice globale. Pour cela, nous verrons dans un premier temps la manière dont les théories de la justice globale essaient de répondre à ce défit. Grâce à cela nous dégagerons l'hypothèse qui nous guidera, l'idée que dans la mondialisation, un agent peut être responsable, avec d'autres, des raisons pour lesquelles il n'est pas considéré comme responsable. C'est-à-dire qu'il sera méta-responsable. Dans un second temps, nous essaierons de déterminer un model de responsabilité individuelle, et de comprendre comment la responsabilité est attribuée. Ensuite, nous essaierons de formuler une manière de concevoir la responsabilité politique. Grâce à ces deux éléments, la responsabilité individuelle et la responsabilité politique, nous pourrons parvenir à formuler une conception de la méta-responsabilité comme forme de penser l'agentivité traversée par la mondialisation. / The fields of philosophy and political theory have met major changes in the past 40 years. On of them is quite interesting; there has been a change of the national point of view, which paradigm could be the rawlsian model, to a non-national one. Many thinkers have thought about a set of phenomenons considered as new such as free trade agreements and global economy, supra and transnational institutions and corporations, immigration and border control etc. The thinkers working on global justice seem to adresse two sets of different but related questions. The first ones concern global justice: why and to which extend is global order just or unjust? What is a just global order? The second set is, in a sense a corollary of the first and concerns responsibility: who is to be blamed or praised for the global order? Are citizens responsible for the global order? Who should address its possible unjust consequences? Facing globalization and international and transnational political and economical institutions those questions become legitimate and necessary: am I responsible for the sweat shop workers that produced the clothes I bought at Auchan or for badly payed coffee-grower when I buy a capuccino at Starbucks? Are citizens responsible for the free-trade agreements that are signed by there governments? These questions concerning the individual responsibility in the age of globalization will be the object of these research. We will question the responsibility of an agent when he is part of a complex causal chain, when contributes to structural injustice. Thus, it is not only about a causal chain but about connexions that are the result of changes in the modes of production and consumption, or the competition on a global market. Moreover, individual responsibility, in this context, cannot be thought solely as individual but the responsibility of individuals qua citizen, this is political responsibility. It is certainly individual but since agents and their actions are also determined by the political communities to which they belong or that represent them, this responsibility must be thought as political and not only as moral. Thus, globalization invite us to rethink individual responsibility in order to make sense of the the moral and political intuitions the guide the field of global justice. In order to do so, we will see, first, the way in which some theories of global justice try to tackle this challenge. Thanks to this we will determine thy hypothesis that will guide us; the idea that in the context of globalization an agent can be responsible, with others, for the reasons that make him non-responsible, that is, meta-responsible. On a second moment we will try to formulate a model of individual responsibility and to understand its conditions of attributability. Subsequently we will try to formulate a way to conceive political responsibility. Thanks to this two elements, individual responsibility and political responsibility we will be finally able to formulate a conception of meta-responsibility as a way to think agency when it is entwined by globalization.

Les travaux présentés dans ce mémoire contribuent à la définition de méthodes pour la détection et le diagnostic de défauts affectant les systèmes aéronautiques. Un système représentatif sert de support d'étude, constitué du modèle non linéaire à six degrés de liberté d'un missile intercepteur, de ses capteurs et actionneurs ainsi que d'une boucle de guidage-pilotage. La première partie est consacrée au développement de deux méthodes de diagnostic exploitant l'information de commande en boucle fermée et les caractéristiques des modèles aéronautiques. La première méthode utilise les objectifs de commande induits par les lois de guidage-pilotage pour générer des résidus indiquant la présence de défauts. Ceci permet la détection des défauts sur les actionneurs et les capteurs, ainsi que leur localisation pour ces derniers. La deuxième méthode exploite la mesure de dérivées des variables d'état (via une centrale inertielle) pour estimer la valeur de la commande réalisée par les actionneurs, sans intégration du modèle non linéaire du système. Le diagnostic est alors effectué en comparant cette estimée avec la valeur désirée, ce qui permet la détection, la localisation et l'identification de défauts multiples sur les actionneurs.La seconde partie propose une méthodologie de réglage automatique des paramètres internes (les hyperparamètres) de méthodes de diagnostic. Ceci permet une comparaison plus objective entre les méthodes en évaluant la meilleure performance de chacune. Le réglage est vu comme un problème d'optimisation globale, la fonction à optimiser étant calculée via la simulation numérique (potentiellement coûteuse) de cas test. La méthodologie proposée est fondée sur un métamodèle de krigeage et une procédure itérative d’optimisation bayésienne, qui permettent d’aborder ce problème à faible coût de calcul. Un nouvel algorithme est proposé afin d'optimiser les hyperparamètres d'une façon robuste vis à vis de la variabilité des cas test pertinents.Mots clés : détection et diagnostic de défauts, guidage-pilotage, krigeage, minimax continu, optimisation globale, redondance analytique, réglage automatique, systèmes aéronautiques. / This manuscript reports contributions to the development of methods for fault detection and diagnosis applied to aeronautical systems. A representative system is considered, composed of the six-degree-of-freedom nonlinear model of a surface-to-air missile, its sensors, actuators and the associated GNC scheme. The first part is devoted to the development of two fault diagnosis approaches that take advantage of closed-loop control information, along with the characteristics of aeronautical models. The first method uses control objectives resulting from guidance laws to generate residuals indicative of the presence of faults. This enables the detection of both actuator and sensor faults, and the isolation of sensor faults. The second method exploits the measurement of derivatives of state variables (as provided by an IMU) to estimate the control input as achieved by actuators, without the need to integrate the nonlinear model. Detection, isolation and identification of actuator faults can then be performed by comparing this estimate with the desired control input.The second part presents a new automatic-tuning methodology for the internal parameters (the hyperparameters) of fault diagnosis methods. This allows a fair comparison between methods by evaluating their best performance. Tuning is formalised as the global optimization of a black-box function that is obtained through the (costly) numerical simulation of a set of test cases. The methodology proposed here is based on Kriging and Bayesian optimization, which make it possible to tackle this problem at a very reduced computational cost. A new algorithm is developed to address the optimization of hyperparameters in a way that is robust to the variability of the test cases of interest.

La maladie de Newcastle (MN) grève lourdement les productions aviaires malgaches, essentielles à l'alimentation et à l'économie familiales. La MN est une dominante pathologique en l'absence de vaccination généralisée. L'objectif de cette thèse est la modélisation, la validation et l'analyse mathématique de modèles de transmission du virus de la MN (VMN) dans les systèmes avicoles villageois en général et à Madagascar en particulier. Nous proposons de nouveaux modèles basés sur les connaissances actuelles de l'histoire naturelle de la transmission du VMN. Ainsi, nous présentons deux modèles mathématiques à compartiments de la transmission du VMN dans une population de poules : un premier modèle avec transmission environnementale et un deuxième modèle où la vaccination contre la maladie est prise en compte. Nous présentons une analyse complète de la stabilité de ces modèles à l'aide des techniques de Lyapunov suivant la valeur du taux de reproduction de base R0. Le travail s'est appuyé sur des enquêtes de terrain pour comprendre les pratiques de vaccination actuelles à Madagascar. / Newcastle disease (ND) severely harms Malagasy bird productions, mainly uses to food and family economy. ND is a pathological dominant without general vaccination. The objective of this thesis is modelling the transmission of ND virus (NDV) in smallholder chicken farms in general and, Madagascar in particular. We propose new models based on the state of art and the epidemiology currently known from the transmission of the NDV. Thus, we present two models of the transmission of NDV: a first model with environmental transmission and a second model in which imperfect vaccination of chickens is considered. We present a thorough analysis of the stability of the models using the Lyapunov techniques and obtain the basic reproduction ratio R0. This work is based on field surveys to understand the current vaccination practices in Madagascar.

Biomasseplantagen und Aufforstung zur terrestrischen Kohlenstoffdioxid-Entfernung werden derzeit als Möglichkeit diskutiert um dem anthropogenen Treibhauseffekt entgegenzuwirken. Für die Bewertung solcher Maßnahmen ist ein umfassendes Verständnis ihrer Nachhaltigkeit und möglichen Konsequenzen erforderlich. In dieser Arbeit werden biogeochemische und hydrologische Auswirkungen von Biomasseplantagen und Aufforstung quantitativ und im Kontext der Planetarischen Grenzen (PG) analysiert. Simulationen mit einem globalen Vegetationsmodell zeigen, dass die Auswirkungen von Biomasseplantagen auf die Biosphäre nicht zu vernachlässigen sind und die der historischen landwirtschaftlichen Bodennutzung noch überschreiten können. Außerdem werden Szenarien zur räumlichen Verteilung von Biomasseplantagen unter Berücksichtigung von regionalen und globalen PG für biogeochemische Flüsse, Intaktheit der Biosphäre, Landnutzungswandel und Süßwassernutzung evaluiert. Unter Einhaltung regionaler PG können nur marginale Potentiale erzielt werden. Unter kompletter Ausnutzung des Risikobereichs könnten 1.4-6.9 GtC/a entzogen werden, abhängig von Biomasseverwertungs- und Kohlenstoffspeicherungseffizienzen. Die Relevanz von koevolutionärer Dynamik zwischen dem Kohlenstoffkreislauf und gesellschaftlichem Eingreifen wird mit einem konzeptionellen Modellierungsansatz im Kontext der PG aufgezeigt. Eine Fokussierung auf das Klimaproblem ohne die ganzheitliche Berücksichtigung von erdsystemischen Interaktionen kann ungewollte Überschreitung anderer PG zur Folge haben. Die Kombination von Bevölkerungswachstum und Nahrungsmittelbedarf mit der Minimierung von Kohlenstoff- und Biodiversitätsverlusten zeigt Möglichkeiten und Grenzen für terrestrische Kohlenstoffspeicherung auf. Räumliche Umverteilung in hochproduktive Regionen sowie substantielle landwirtschaftliche Produktivitätssteigerungen ermöglichen die Ernährung von 9 Milliarden Menschen sowie ein Kohlenstoffspeicherungspotential von bis zu 98 GtC. / Terrestrial carbon dioxide removal (tCDR) via afforestation or biomass plantations are discussed as options to counteract anthropogenic global warming. Therefore, it is important to understand sustainability limits and implications of tCDR in the context of Earth system dynamics. This thesis provides a model based assessment of biogeochemical and hydrological side-effects of biomass plantations and afforestation in the context of planetary boundaries (PBs), delimiting a safe operating space for humanity. Simulations with a global vegetation model indicate considerable biogeochemical and hydrological consequences of biomass plantations which are even larger than those of historical agricultural land use. Further, land use scenarios of biomass plantations are developed with a multi-objective optimisation model considering the PBs for biogeochemical flows, biosphere integrity, land system change and freshwater use. Respecting PBs yields almost zero tCDR potential. The transgression of PBs into a zone of increasing risk of feedbacks at the planetary scale can provide considerable tCDR potentials of 1.4-6.9 GtC/a, depending on efficiency of biomass conversion and carbon capture and storage. The importance of co-evolutionary dynamics of the Earth''s carbon cycle and societal interventions through tCDR is demonstrated with a conceptual modelling approach in the context of carbon-related PBs. A focus on climate change without an integrated trade-off assessment may lead to navigating the Earth system out of the safe operating space due to collateral transgression of other PBs. Integrating population growth and food demand while minimising carbon and biodiversity loss demonstrates opportunities and limitations for tCDR. Substantial improvements of crop and livestock productivities and the displacement of agricultural production into regions of high productivity yield sustainable terrestrial carbon sequestration potentials of up to 98 GtC while feeding 9 billion people.

Diese Arbeit ist ein Beitrag zur theoretischen Chemie sowie zur Oberflächenchemie. Durch Kombination von computergestützten und experimentellen Untersuchungen wird die atomare Struktur von dünnen SiO2-Filmen auf Ru(0001)-Unterlagen, von eisendotierten SiO2-Filmen auf diesen Unterlagen und von H2O-Filmen auf MgO(001)-Oberflächen bestimmt. Die atomaren Strukturmodelle wurden entweder mit dem neu entworfenen und im Paket DoDo implementierten genetischen Algorithmus oder mittels auf Sachkenntnis gestützter Vermutungen erhalten. Die simulierten Eigenschaften der so erhaltenen Strukturen stimmen sehr gut mit den experimentellen Daten (Raster-Tunnel-Mikroskopie, Infrarot-Spektroskopie) überein. Die erfolgreiche Strukturbestimmung mithilfe des DoDo-Programms zeigt, dass genetische Algorithmen zur systematischen und extensiven Erkundung der Energielandschaften 2D-periodischer Systeme geeignet sind. / This work is a contribution in the field of theoretical chemistry and surface science. The joint computational and experimental studies investigated the atomic structure of ultrathin silica and iron-doped silica films formed on the Ru(0001) surface and water films formed on the MgO(001) surface. The atomic structure models were obtained using either the educated guess approach or the genetic algorithm that was designed and implemented within the DoDo package. The properties simulated for the resulting models are in a very good agreement with the experimental data (scanning tunnelling microscopy, infrared spectroscopy). The successful structure determination using the DoDo program shows that the genetic algorithm technique is capable of systematic and extensive exploration of the energy landscapes for 2D-periodic systems.

Dans l’analyse des émetteurs alpha et beta dans l’eau par scintillation liquide, la problématique de la discrimination des rayonnements se pose afin d’atteindre les limites de détection souhaitées. Dans le cas rare ou les énergies permettent une discrimination, nous avons mis en place un protocole d’analyse simultanée tritium/alpha sur des frottis. A l’aide d’une méthode a trois fenêtres il permet d’atteindre les limites de détection de 0,4 Bq/cm2 en tritium et de 0,04 Bq/cm2 en alpha.De façon générale, aucune distinction entre les spectres n’est possible et un ajustement du fond sous le pic alpha ne permet pas d’atteindre les limites de détection définies par les normes. Cependant le processus physique de scintillation permet une distinction des rayonnements, phénomène utilise par certains appareils, ceux-ci proposent donc le réglage par l’utilisateur d’un paramètre discriminant seuil. Nous avons développé un protocole de réglage permettant de reconstituer les spectres alpha et beta discrimines au mieux, rendant accessible une limite de détection de 0,03 Bq/L en alpha.Nous avons par ailleurs développé une approche innovante utilisant un détecteur en coïncidence dont les photomultiplicateurs sont connectes directement a une carte numérique d’acquisition. Chaque impulsion numérisée est ensuite traitée selon plusieurs critères simultanément, à la place des deux habituels. Aucun ne permet a lui seul d’obtenir une discrimination selon un seuil unique, mais la distribution des évènements dans chaque spectre est différente : un fenêtrage des évènements alpha permet d’atteindre une limite de détection de 0,2 Bq/L, quatre fois moindre que par une discrimination en énergie seule. / Analysis of water for alpha and beta emitters by liquid scintillation suffers from poor discrimination between the emissions and prevents reaching the lowest detection limits. In the rare cases where well separated energies permit discrimination, we can use a three-window protocol for simultaneous analysis of tritium and alphas of swipes that yields detection limits of 0.4 Bq/cm2 for tritium and 0.04 Bq/cm2 for alphas. In the general case, no distinction between the two radiations is possible. An adjustment of the background under the alpha peak does not allow reaching detection limits defined by the norms. However the physical process of scintillation offers users of certain models of apparatus to adjust a discrimination threshold that will separate the emissions. We have developed a protocol that reconstitutes spectra using independent settings that gives a detection limit for alphas of 0.03 Bq/L. We have also developed an innovative approach using a scintillation counter with its photomultipliers plugged directly into a fast analog-to-digital acquisition converter. Then each digitized pulse is simultaneously processed according to several criteria, instead of the usual two. No impulsion can be discriminated on the basis of a single threshold but the distribution of events in each spectrum is different: a window setting on the alphas permits attaining a detection limit of 0.2 Bq/L for alphas, four times lower than with a selection on energy alone.