Ce travail de thèse porte sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la migration par gravité et capillarité du CO₂ supercritique injecté dans un site de séquestration géologique hétérogène. Les simulations sont réalisées à l'aide du code DuMux. Particulièrement, on s'intéresse à la mise à l'échelle, de l'échelle de la cellule à l'échelle du réservoir, d'un modèle d'écoulement diphasique CO₂ -saumure, au sein d'un milieu stratifié périodique constitué d'un réseau de barrières peu perméables horizontales, continues ou discontinues. La mise à l'échelle est effectuée par la méthode asymptotique à double échelle. Dans un premier temps, on considère le cas d'une colonne verticale parfaitement stratifiée. Un modèle homogénéisé est développé puis validé par simulation numérique pour différentes valeurs du nombre capillaire et du flux incident de CO₂ . La méthode d'homogénéisation est appliquée au cas d'un écoulement dans un milieu bidimensionnel constitué de strates discontinues. Par l'effet de gravité, le CO₂ s'accumule sous les strates peu perméables, ce qui conduit à un problème mathématique local non standard. Cette stratification est modélisée à l'aide de l'approche des courants de gravité. L'approche est étendue au cas des strates semi-perméables et en prenant en compte la capillarité. Le modèle mis à l'échelle est comparé à des simulations numériques effectuées pour différents types de strates, avec ou sans pression capillaire, et sa limite de validité est discutée pour chacun de ces cas. La dernière partie de la thèse est dédiée à l'étude des performances du code DuMux pour simuler par calcul parallèle l'injection et la migration de CO₂ dans des milieux hétérogènes tridimensionnels (milieu périodique stratifié, milieu fluviatile et milieu réservoir SPE10). / This work deals with the mathematical modeling and the numerical simulation of the migration under gravity and capillarity effects of the supercritical CO₂ injected into a geological heterogeneous sequestration site. The simulations are performed with the code DuMux. Particularly, we consider the upscaling, from the cell scale to the reservoir scale, of a two-phase (CO₂ -brine) flow model within a periodic stratified medium made up of horizontal low permeability barriers, continuous or discontinuous. The upscaling is done by the two-scale asymptotic method. First, we consider perfectly layered media. An homogenized model is developed and validated by numerical simulation for different values of capillary number and the incident flux of CO₂ . The homogenization method is then applied to the case of a two-dimensional medium made up of discontinuous layers. Due to the gravity effect, the CO₂ accumulates under the low permeability layers, which leads to a non-standard local mathematical problem. This stratification is modeled using the gravity current approach. This approach is then extended to the case of semi-permeable stratas taking into account the capillarity. The upscaled model is compared with numerical simulations for different types of layers, with or without capillary pressure, and its limit of validity is discussed in each of these cases. The final part of this thesis is devoted to the study of the parallel computing performances of the code DuMux to simulate the injection and migration of CO₂ in three-dimensional heterogeneous media (layered periodic media, fluvial media and reservoir model SPE 10).

La congestion en milieu urbain est un enjeu majeur que ce soit d’un point vue économique, social ou environnemental. À court et moyen terme, l’utilisation de la simulation dynamique du trafic routier peut permettre d’analyser et de guider des politiques d’optimisation des infrastructures existantes. Aujourd’hui, du fait de la complexité des systèmes de transport, les outils de modélisation classiques sont limités à des échelles géographiques peu étendues (de l’ordre du quartier). À grande échelle, le temps de calcul devient rapidement un facteur limitant tout comme le calibrage et la scénarisation. Néanmoins les dernières décennies ont vu l’apparition d’une nouvelle génération de modèles bien adaptés aux métropoles urbaines. Ceux-ci sont basés sur une relation phénoménologique entre la production de déplacements et le nombre de véhicules dans une zone spatiale d’un réseau routier, appelée Diagramme Fondamental de Zone (Macroscopic Fundamental Diagram, MFD). Cette relation, validée empiriquement sur de nombreuses villes, a permis d’étudier différentes méthodes de contrôle du trafic pour une ville entière, mais a été peu utilisée à des fins de prévision de la congestion. L’objectif de cette thèse est de proposer un premier outil opérationnel de simulation et d’analyse des grands réseaux de métropoles, en utilisant et développant les modèles de trafic basés sur la relation MFD. Cet outil doit posséder un cadre théorique cohérent qui puisse convenir à des applications telles que la prévision d’états de trafic, le développement de nouvelles politiques de contrôle, l’estimation de pollutions liées au trafic, etc. Les contributions de la thèse portent sur deux aspects. Le premier est l’analyse des propriétés mathématiques et physiques des modèles existants, en incluant une formalisation complète de la gestion de plusieurs longueurs de parcours au sein d’une même zone urbaine. En particulier, cette formalisation traite de la distinction des trajets internes à la zone et des problèmes de flux convergents et divergents pour les trajets traversant la zone lorsque la congestion se propage d’une zone à l’autre. Le deuxième aspect est la proposition d’un nouveau modèle basé sur la distance individuelle parcourue à l’intérieur d’une zone urbaine (trip-based). Cette approche permet d’individualiser les usagers (auparavant représentés sous forme de flux continus) et donc de définir plus finement leurs caractéristiques, en vue de coupler leurs déplacements à des modèles d’affectations sur différentes routes. Enfin, des exemples d’application illustrant diverses collaborations sont donnés en dernière partie de la thèse. La simulation du trafic sur l’aire urbaine du Grand Lyon (France) y est présentée, ainsi que de nouveaux modules de modélisation de la recherche de parking ou de contrôle périphérique. Cette thèse est partie intégrante d’un projet européen ERC intitulé MAGnUM : Approche multi-échelle et multimodale de la modélisation du trafic pour une gestion durable de la mobilité urbaine. / Congestion in urban areas has become a major issue in terms of economic, social or environmental impact. For short or mid term, using dynamic road traffic simulation can help analyzing and providing guidelines to optimization policies of existing infrastructures. Today, because of the complexity of transport systems, classical modeling tools are limited to small geographical areas (of a district size). Computational time, together with simulation calibration, are notably very constraining at large scales. However, a new generation of models designed for metropolitan areas has arisen over the past decades. These models are based on a phenomenological relationship between travel production and the number of vehicles in a given spatial area of a road network, known as the Macroscopic Fundamental Diagram (MFD). This relationship, supported by empirical evidences from several cities around the world, has allowed the study of different traffic control schemes at a whole city scale, but was rarely used for traffic state forecasting. The aim of this PhD is to propose an efficient modeling tool, based upon the concept of MFD, to simulate and analyze traffic states in large metropolitan areas. The theoretical framework of this tool must be consistent and applicable for traffic state forecasting, development of new control policies, traffic emission estimation, etc. There are two major contributions in this PhD. The first one is analyzing the mathematical and physical properties of existing models, and formalizing the dynamics of several trip lengths inside the same urban zone. In particular, this formalization distinguishes between internal trips and trips crossing the zone. Flow merging and diverging issues are also addressed when congestion propagates from one zone to another. The second contribution is proposing a new trip-based model based on individual traveled distance. This approach allows to treat users independently (previously represented with continuous flows), and thus to define their characteristics more precisely to couple their trips with assignment models on different paths. Finally, examples of application from various collaborations are given in the last part of this thesis. It includes a simulation study of the Grand Lyon urban area (France), as well as new modules to simulate search-for-parking or perimeter control. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility.

Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées. / This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed.

Ce travail concerne la modélisation, à l’échelle moléculaire, de l’interaction entre des nanoparticules carbonées et le rayonnement électromagnétique. Le but est d’aider à la compréhension des propriétés optiques des particules de suie afin de mieux quantifier l’influence des suies sur l’atmosphère et le climat. L’étude de l’interaction rayonnement/particules de suie fraîche a été effectuée par la méthode PDI ; il a été montré que : i) le coefficient d’absorption massique (MAC) des particules de suie dépend de la répartition des atomes dans la particule et de leurs liaisons, en particulier entre 200 et 350 nm ; ii) le MAC diffère selon que le cœur de la particule carbonée est occupé ou non par des plans graphitiques ; iii) un modèle analytique n’est pas adapté pour calculer le MAC d’une nanoparticule carbonée présentant des défauts structuraux. De plus, des méthodes de chimie quantique ont été utilisées pour caractériser le vieillissement des suies. Les résultats montrent que : i) NO, Cl, et HCl sont physisorbées sur une surface carbonée parfaite alors que sur une surface défective, ces espèces sont chimisorbées et conduisent à une modification de la surface ; ii) la présence de Cl conduit à un piégeage fort des molécules d’eau supérieur à celui obtenu lorsqu’un site oxygéné est présent sur la surface carbonée, expliquant ainsi le caractère hydrophile des suies émises lors d’incendies dans des milieux industriels. Enfin, la méthode PDI a été appliquée au calcul de la polarisabilité de HAP afin d’interpréter des spectres d’absorption des grains carbonés du milieu interstellaire, en incluant des molécules pour lesquelles aucune donnée n’était actuellement disponible. / This work concerns the modeling, at the molecular level, of the interaction between carbonaceous particles of nanometric size and the electromagnetic radiation. The goal is to improve our understanding of the optical properties of soot particles, to better quantify the influence of soot on the atmosphere and on climate change. The study of the interaction between radiation and fresh soot particles was carried out using the point dipole interaction method; it has been shown that: i) the mass absorption coefficient (MAC) of these soot nanoparticles may significantly depend on their atomistic details, especially between 200 and 350 nm; ii) the MAC depends on whether the heart of the carbonaceous particle is occupied or not by graphite planes; iii) an analytical model is not suitable for calculating the MAC of carbonaceous nanoparticles having structural defects. In addition, quantum chemical methods have been used to characterize the ageing of soot. The results obtained are i) NO, Cl, and HCl are physisorbed on a perfect carbonaceous surface whereas on a defective surface, these species are chemisorbed and lead to a modification of the surface; ii) on a carbonaceous surface, the presence of adsorbed Cl atoms leads to a strong trapping of the surrounding water molecules. This may be related to the highly hydrophilic nature of soot emitted during fires in industrial environments. Finally, the PDI method was applied to calculate the polarizability of PAHs to help at interpreting the absorption spectra of carbonaceous grains in the interstellar medium, including molecules for which no data was currently available.

This study analyzes the psychometric structure of the CAPE- R scale, which assesses the beliefs about the educational process in rural teachers; explores the teacher´s profile, and analyzes the significant differences between the beliefs according to sociodemographic variables. The sample included 150 rural teachers from Mendoza, Argentina. The exploratory factor analysis yielded a factorial structure made up of four factors that explained a 44.19% of the variance of responses to the test. Internal consistency coefficients ranged from .74 to .85. The data show a predominance of difficulties in the educational process dimension (M=2.83; DE=.69), the only dimension that reached a significant association with the educational level of the classes (F =4.77, p<.05). / El artículo tuvo los siguientes objetivos, analizar la estructura psicométrica de la escala CAPE-R que evalúa las creencias acerca del proceso educativo en docentes rurales, conocer el perfil docente y analizar si existen diferencias significativas entre las creencias según variables sociodemográficas. Se trabajó con una muestra de 150 docentes rurales de Mendoza, Argentina. Los resultados del análisis factorial exploratorio arrojaron una estructura factorial conformada por cuatro factores que explicaron un 44.19 % de la varianza de respuestas al test. Con respecto a la consistencia interna, los coeficientes oscilaron entre .74 y .85. Los datos muestran un predominio de la dimensión dificultades en el proceso educativo (M=2.83; DE=.69). Además, es la única dimensión que alcanzó una asociación significativa con el nivel educativo en el que el docente imparte clases (F =4.77, p<.05). / Les objectifs de l’article étaient d’analyser la structure psychométrique de l’échelle des croyances sur le processus éducatif en milieu rural, de connaître le profil d’enseignement et d’analyser s’il existe des différences significatives entre les croyances sociodémographiques. Nous avons travaillé avec un échantillon de 150 enseignants ruraux de Mendoza, en Argentine. Les résultats de l’analyse factorielle exploratoire ont donné une structure factorielle composée de quatre facteurs expliquant 44,19% de la variance des réponses au test. En ce qui concerne la cohérence interne, les coefficients variaient entre .74 et .85. Les données montrent une prédominance de la dimension des difficultés dans le processus éducatif (M = 2.83, SD = .69). En outre, c’est la seule dimension qui a atteint une association significative avec le niveau d’éducation dans lequel l’enseignant enseigne (F = 4.77, p <.05). / O artigo teve os seguintes objetivos, analisar a estrutura psicométrica da escala CAPE-R que avalia as crenças sobre o processo educativo em professores rurais, conhecer o perfil docente y analisar se existem diferenças significativas entre as crenças a partir de variáveis sociodemograficas. Trabalhou-se com uma amostra de 150 professores rurais de Mendoza, Argentina. Os resultados da análise fatorial exploratória rendeu uma estrutura fatorial composto por quatro fatores a 44.19% explicou que da variação de respostas para o teste. No que diz respeito à consistência interna, os coeficientes variou ,74-.85. Os dados mostram uma predominância de dificuldades na dimensão processo de ensino (H = 2.83; DP: .69). Além disso, é a única dimensão que atingiram uma associação significativa com o nível educacional em que o professor ensina (F = 4.77, p <.05).

Ce travail concerne la synthèse et la caractérisation structurale de nanocristaux de faible taille (~1-3 nm) d’oxydes métalliques simples, à savoir le dioxyde de titane (TiO2), le dioxyde d’étain (SnO2) et le monoxyde de zinc (ZnO). Les synthèses ont été réalisées au moyen de méthodes sol-gel non-aqueuses voire strictement non-hydrolytiques sous contrôle cinétique. La caractérisation structurale s’est principalement appuyée sur la diffraction des rayons X, la microscopie électronique en transmission et la méthode des fonctions de distribution de paires atomiques, obtenues grâce à la diffusion totale des rayons X, couplées à des méthodes de modélisation à l’échelle atomique. Dans le cas de TiO2, des nanoparticules d’anatase bien cristallisées de 4 nm à 8 nm ont été synthétisées. Le ratio molaire de donneur d’oxygène par rapport au titane s’est avéré être un paramètre influençant fortement la taille des particules. Nous avons également mis en évidence la formation d’une phase intermédiaire caractérisée par des nanoparticules faiblement cristallisées de très faible taille dont la structure pourrait s’apparenter à une structure brookite désordonnée. Pour SnO2, des nanocristaux présentant une structure rutile ont été obtenus avec des tailles comprises entre 2 nm et 4 nm. Dans le cas de l’utilisation d’un éther, nous avons mis en évidence la formation concomitante d’une phase organique polymérisée et de nanoparticules primaires dont la structure intermédiaire présente de fortes similitudes avec la structure rutile. L’utilisation de solvants possédant une fonction benzyle en présence de tétrachlorure d’étain a conduit à la formation d’eau dans le système. Dans le cas de ZnO, nous avons montré que l’utilisation d’une base organique pour initier la formation du réseau oxyde dans une solution méthanolique d’acétate de zinc en présence d’un agent complexant du zinc permettait d’obtenir des nanoparticules de l’ordre de 1 nm. Même pour les faibles valeurs de taille, les nanoparticules présentent une structure très proche de la wurtzite avec un désordre croissant au niveau du réseau cationique. / The aim of this work was to synthesize small size (~1-3 nm) metal oxide nanocrystals namely titanium dioxide (TiO2), tin dioxide (SnO2) and zinc oxide (ZnO), and to study their structure. Syntheses were conducted via non-aqueous or even strictly non-hydrolytic sol-gel methods under kinetic control. The structural characterization was mainly carried out by X-Ray diffraction methods, transmission electronic microscopy and the study of pair distribution functions, obtained by X Ray total scattering, coupled with atomic scale modelling methods. In the case of TiO2, anatase nanocrystals were obtained with sizes ranging between 4 nm and 8 nm. The molar ratio of the oxygen donor with respect to titanium was shown to be an important parameter to control the nanoparticle size. In peculiar conditions we have been able to isolate an intermediate phase characterized by very small sized and poorly crystallized nanoparticles which the structure can be assimilated to a disordered brookite structure. Concerning SnO2, rutile-type nanocrystals were synthesized with sizes ranging between 2 nm and 4 nm. The use of an ether as oxygen donor led to the simultaneous formation of an organic polymeric phase and of primary nanoparticles characterized by an intermediate structure close but still different from the rutile-type structure. Moreover, the use of benzyl-type solvents in the presence of tin tetrachloride led to the formation of water in the system. Lastly, for ZnO, we have shown that using an organic base to induce the formation of the metal oxide network in a methanolic solution of zinc acetate in the presence of a strong complexing agent of the zinc allowed us to obtain wurtzite nanocrystals of ultrasmall sizes around 1 nm. Even for the smallest sizes, the nanoparticles exhibit a structure very close to that of wurtzite with an increasing disorder of the cationic network.

La mise à l’échelle (scaling up) est un processus qui vise à accroitre l’impact et la pérennité des effets d’innovations jugées prometteuses. Les publications à ce sujet sont en progression importante dans le domaine de la santé depuis une vingtaine d’années. Toutefois, ces processus ont été étudiés de manière essentiellement technique malgré l’importance soulignée dans la littérature d’y prendre en compte des questions évolutives de sens et de valeurs. Ceci est particulièrement significatif pour les innovations de promotion de la santé, construites sur les capacités et collaborations de différents acteurs qui y partagent et négocient diverses vues sur les problèmes, les actions à entreprendre et leur but. Les contenus de ces innovations sont susceptibles d’évoluer de manière significative dans la mise à l’échelle, et d’affecter la fonction d’impact et pérennité du processus. Peu d’études, cependant, mobilisent des théories et méthodologies explicites à cet égard. Cette thèse s’inscrit dans une vision sociale de la mise à l’échelle et propose d’ajouter le concept de cadre interprétatif, ou « frame », à son outillage conceptuel ; elle vise à explorer l’utilité de cette notion au regard de la dynamique sociale de la mise à l’échelle d’innovations complexes de promotion de la santé. La thèse poursuit deux objectifs : 1) développer une articulation théorique de nature sociale pour la mise à l’échelle intégrant la notion de frame ; et 2) explorer l’utilité des frames comme ‘représentations’ pour documenter l’évolution du contenu des innovations au cours de leur mise à l’échelle. La réponse au premier objectif s’appuie sur une perspective de complexité des interventions en tant que réseaux dynamiques d’acteurs pour conceptualiser la mise à l’échelle comme une expansion de réseaux où le framing des questions de santé évolue au travers des relations entre acteurs. L’articulation théorique développée combine la sociologie de l’innovation - théorie de l’acteur-réseau - et les perspectives des frames pour envisager ceux-ci en tant que ‘représentations’ ou ‘interactions’. En réponse au second objectif, l’approche ‘représentationnelle’ aux frames est appliquée à l’étude d’un cas de mise à l’échelle d’innovation éducative à caractère intersectoriel concernant le développement de jeunes enfants socialement désavantagés. Sur la base de documents cadres qui balisent les phases ‘pilote’ et ‘programme à l’échelle’ de l'innovation, une analyse critique de frames est pratiquée au regard de la capacité du programme à grande échelle à supporter l’action sur les inégalités sociales de développement des enfants et l’équité. Les résultats illustrent des différences significatives de définitions du ‘problème’ du DJE et de la solution préconisée pour le programme à grande échelle, qui constituent des améliorations, mais aussi certaines ‘détériorations’ au regard des inégalités et de l’équité. En tant que constructions réalisées à partir des ‘produits’ du processus social qui s’opère dans le réseau intersectoriel des acteurs, les frames comme ‘représentations’ analysés de manière critique sont utiles pour expliciter et caractériser l’évolution des contenus des innovations et leurs conséquences pour la mise à l’échelle. Mobilisés dans un échange constructif avec les acteurs concernés, les frames pourraient constituer un outil intéressant pour favoriser la réflexivité à l’égard de ces processus et de l’impact et de la durabilité des effets des innovations portées à grande échelle. Cette thèse contribue de manière théorique à la littérature de santé publique en clarifiant l’utilité des frames et la manière dont ce concept peut être mobilisé pour documenter la dynamique de la mise à l’échelle d’innovations complexes de promotion de la santé. / Scaling up is a process that aims to increase the impact and sustainability of the effects of innovations deemed promising. Publications on this subject have markedly increased in the field of health over the past twenty years. However, these processes have essentially been studied in a technical way, despite the importance underlined in the literature to take into account their evolving meanings and values. This is particularly significant for health promotion innovations, built on the capacities and collaborations of different actors who share and negotiate various views on the problems, the actions to be taken and their goal. The contents of these innovations are likely to evolve significantly during scaling up, affecting impact and sustainability goals of the process. Few studies, however, mobilize explicit theories and methodologies in this respect. This thesis is part of a social vision of scaling up, and proposes to add the concept of ‘frame’ to its conceptual tools; it aims to explore the usefulness of this notion with regard to the social dynamics of scaling up health promotion innovations. The thesis pursues two objectives: 1) to develop a theoretical articulation of a social nature for scaling up, integrating the notion of frame; and 2) to explore the usefulness of frames as ‘representations’ to document the evolution of the content of innovations during their scaling up. The response to the first objective is based on a complexity perspective of interventions as dynamic networks of actors to conceptualize scaling up as an expansion of networks where the framing of health issues evolves through the relationships between the actors. The theoretical articulation developed combines the sociology of innovation - actor-network theory - and the perspectives of frames to consider them as 'representations' or 'interactions'. In response to the second objective, the 'representational' approach to frames is applied to the study of a scaling up case concerning an intersectoral educational innovation for the development of socially disadvantaged young children. On the basis of framework documents which mark out the 'pilot' and 'at scale program' phases of the innovation, a critical analysis of frames is carried out with regard to the capacity of the large-scale program to support action on the social inequalities in child development and equity. The results illustrate significant differences in definitions of the ECD ‘problem’ and of the recommended ‘solution’ for the at scale program, which constitute improvements, but also some ‘deteriorations’ with regard to inequalities and equity. As constructions made from the 'products' of the social process that takes place in the intersectoral network of actors, the frames as 'representations' critically analyzed are useful for explaining and characterizing the evolution of the contents of innovations and their consequences for scaling up. Mobilized in a constructive exchange with the actors concerned, the frames could constitute an interesting tool to promote reflexivity with regard to these processes and to the impact and sustainability of the effects of innovations carried out on a large scale. This thesis contributes theoretically to the public health literature by clarifying the usefulness of frames and the way in which this concept can be mobilized to document the dynamics of the scaling up of complex health promotion innovations.