L'excès de charges négatif à la surface des minéraux argileux ainsi que leur très grande surface spécifique confèrent aux milieux riches en argile des propriétés de transport très favorables pour le stockage des déchets radioactifs de haute activité et à vie longue. Le principal mécanisme de migration des radionucléides correspond à leur diffusion au sein de la formation argileuse en raison de la très faible conductivité hydraulique du milieu. L'objectif de cette thèse a été de réaliser et de valider par des expériences en laboratoire un modèle de transport mécanistique incluant explicitement les propriétés électrochimiques de l'interface minéral/solution pour des milieux argileux compacts. Nous avons donc réalisé un modèle de transport macroscopique en s'affranchissant de l'hypothèse d'une couche diffuse fine à l'interface minéral/solution. Nous avons aussi développé et validé un modèle de triple couche électrique basé sur des considérations cristallographiques et distinguant les sites de surface silanols, aluminols et SiOAl. Les prédictions du modèle de transport sont en accord avec les valeurs des diffusivités ioniques et hydrauliques déterminées grâce aux mesures des champs électriques liés aux perturbations salines (potentiel de membrane) et hydriques (potentiel d'électrofiltration). La diffusivité du sel augmente en fonction de la force ionique du milieu car elle dépend des variations du potentiel de membrane. Nous avons également réussi à prédire les valeurs des coefficients de diffusion effectifs des traceurs ioniques monovalents en fonction du degré de compaction de la bentonite MX-80 et de la force ionique du milieu.

Les grès présentent un intérêt particulier en géologie pétrolière car ils possèdent généralement des gammes de porosité et de perméabilité favorables à la migration, au piégeage et à la récupération des hydrocarbures. Leur caractérisation fait donc l'objet d'études poussées. Ainsi, de nombreux sédimentologues ont analysé en détail une grande variété de systèmes sédimentaires afin de décrire la géométrie des corps gréseux et des barrières de perméabilité, et de caractériser l'organisation interne des faciès sédimentaires. Ces travaux ont conduit à la corrélation des données de puits et à l'élaboration de modèles statistiques prédictifs.<br />Ces descriptions sédimentologiques ne prennent pas en compte les caractères pétrographiques, minéralogiques ou géochimiques qui permettraient pourtant d'attribuer des causes directes, primaires ou secondaires, aux variations de porosité et de perméabilité rencontrées dans les roches. De plus, depuis quelques années, la diagenèse minérale, souvent à l'origine de ces variations, fait l'objet d'une modélisation déterministe qui s'appuie sur les processus physiques et chimiques mis en œuvre. Des logiciels de plus en plus performants permettent ainsi de réaliser des simulations destinées à proposer des bilans géochimiques variés qu'il est nécessaire de valider par des observations de terrain.<br />Cette thèse a pour objectif, d'une part, de compléter les études sédimentologiques par l'acquisition et l'analyse de données géochimiques et, d'autre part, de mieux comprendre la diagenèse des grès réservoirs en associant la géochimie à la modélisation numérique.<br />Deux formations géologiques, analogues de réservoirs exploités, ont servi de support à cette étude : les grès fluviodeltaïques du Ravenscar Group (Jurassique Moyen, côtes du Yorkshire, Royaume-Uni) et les Grès turbiditiques d'Annot (Eocène-Oligocène, Bassin du Sud-Est, France). L'échantillonnage a été réalisé afin d'apprécier la variabilité verticale et latérale de composition à diverses échelles (centimétrique à hectométrique) aussi bien entre faciès sédimentaires qu'au sein d'un même niveau lithostratigraphique.<br />L'étude géochimique montre que les faciès sont caractérisés par leur gamme de composition chimique ainsi que par leur style de variabilité élémentaire. Elle permet également de mieux comprendre la répartition des minéraux et des éléments au sein de la roche.<br />Ainsi, dans certains faciès, le tri sédimentaire entre les petits minéraux lourds et le reste de la roche (entrainment sorting) engendre des variations de teneur importantes pour les éléments portés par ces différentes classes de particules détritiques (Zr, Cr, Th, etc. pour les minéraux lourds ; Al, Na, K, etc. pour la fraction élastique). Des caractéristiques chimiques propres à chacune de ces populations de minéraux, valables à une échelle verticale de plusieurs mètres, peuvent alors être définies. Certaines d'entre elles, relatives aux éléments immobiles, permettent d'identifier des variations dans l'alimentation détritique. Une ségrégation s'opère également au sein de la fraction élastique entre les particules les plus grosses, dont la nature dépend de la maturité du grès, et les autres grains lors du dépôt.<br />Deux transformations diagénétiques majeures, à savoir la kaolinitisation et l'albitisation des feldspaths, sont également à l'origine de la distribution particulière des compositions chimiques de la fraction alumineuse des grès du Ravenscar Group.<br />Ce dernier point a été utilisé pour tester et valider la modélisation numérique de la diagenèse des grès du Ravenscar Group à l'aide du code numérique DIAPHORE de l'Institut Français du Pétrole. La néoformation de kaolinite apparaît alors possible dans la gamme de température 25-80°C, quel que soit le type d'eau superficielle considéré. La précipitation des argiles est induite par la présence et la circulation d'une eau en déséquilibre avec le réservoir gréseux, entraînant la dissolution successive des feldspaths. L'albitisation des feldspaths plagioclases s'effectue à faible température et dépend assez peu du type d'eau injectée. Enfin, l'albitisation des feldspaths potassiques est plus délicate à réaliser et n'est efficace que pour des eaux marines ou saumâtres à des températures supérieures à 50°C, et circulant dans un réservoir soumis à un gradient de température. Les simulations confirment donc l'importance de la perméabilité et de la circulation des fluides dans la diagenèse des aluminosilicates.<br />Les variations de composition chimique de la fraction alumineuse des grès du Ravenscar Group sont reproduites dans les simulations. Les conditions nécessaires aux transformations sont particulières mais compatibles avec le contexte géologique des grès étudiés. Les principales transformations diagénétiques, indépendantes, nécessitent alors plusieurs épisodes de circulation d'eau pour rendre compte de la diversité des compositions chimiques et minérales observées.<br />Les travaux menés dans le cadre de cette thèse laissent à penser que l'on pourrait intégrer plus systématiquement l'approche géochimique dans les études de réservoir.

L'affluence des résultats de la biologie "à grande échelle" permet d'envisager une nouvelle approche de la biologie du développement fondée sur une modélisation à l'échelle cellulaire. Aujourd'hui, l'organisation génétique et les mécanismes d'action de ces gènes sur les processus de morphogénèse commencent à être analysables. Dans ce contexte, il devient envisageable de comprendre comment l'architecture des plantes peut être modulée par ces mécanismes aux échelles moléculaire et cellulaire.<br />Dans une première partie de ce travail, des outils de digitalisation et d'analyse de tissus cellulaires et de leur évolution dans le temps ont été développés. Dans ce cadre, nous avons mis en place une chaîne de traitement, partant d'images issues d'un protocole d'observation basé sur la microscopie confocale et allant jusqu'à l'analyse quantitative de caractères morphologiques et leur évolution au cours du temps.<br />Ensuite, nous avons créé un premier modèle de la croissance du méristème apical caulinaire (une population de cellules souches chez les plantes) dans le but de comprendre le déterminisme du positionnement des organes latéraux de la plante. Pour rendre compte des connaissances biologiques existante, notre modèle a été développé à l'échelle de l'organe et inclus la simulation pour chaque cellule de son état génétique, de son état physiologique et de sa croissance, et la simulation des flux d'hormones entre les cellules. Ce modèle nous a<br />permis de prédire et d'analyser les accumulations d'hormones dans des méristèmes digitalisés. Ces études nous ont conduits à développer un modèle dynamique de fonctionnement du méristème capable de faire émerger des motifs phyllotaxiques sur la base d'une croissance cellulaire et d'une interaction cellule à cellule.<br />Tous les outils informatiques développés au cours de cette thèse ont été intégrés dans une plate-forme logicielle multi-langages. Cette plate-forme a notamment permis de tester des techniques de développement liés à l'intégration de langages compilés et de langages interprétés dans le cadre de l'étude de la morphogénèse.

La dynamique de la stratosphère au printemps et en été reste à ce jour largement inexplorée. Or dans les contextes actuels du recouvrement de la couche d'ozone et de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre, une amélioration de la compréhension des processus dynamiques contrôlant la stratosphère s'avère nécessaire, afin de mieux appréhender l'évolution du climat dans le futur. Des observations satellitaires récentes du printemps/été arctique ont montré l'existence de phénomènes de transport irréversibles depuis les régions tropicales vers la région arctique. Cependant, les mécanismes associés à ces évènements restent mal connus. Ce travail de thèse consiste en l'analyse dynamique et climatologique de ces phénomènes, afin d'évaluer les mécanismes responsables de leur développement et de leur fréquence d'apparition. Une attention particulière est donnée aux rares évènements, où la signature de l'intrusion persiste dans une anomalie anticyclonique jusqu'en été, soit plusieurs mois après son établissement en région polaire. Les données des instruments satellitaires MLS/Aura et MIPAS/ENVISAT, de l'instrument ballon SPIRALE, et le modèle d'advection MIMOSA ont permis d'identifier, caractériser et quantifier ces évènements. L'analyse des conditions dynamiques a été faite à partir des données météorologiques réanalysées de L'ECMWF. Enfin, le développement d'un algorithme de détection systématique de ces intrusions a permis d'en établir une climatologie entre les années 1980 et 2011. Parmi les résultats majeurs de cette étude, il apparaît que la fréquence de ces évènements, contrôlés par l'activité ondulatoire, a fortement augmenté depuis les années 2000. Nous montrons aussi que leur développement au printemps est fortement lié à l'évolution dynamique de la stratosphère durant l'hiver et au régime de circulation intertropicale.

La dynamique de la stratosphère au printemps et en été reste à ce jour largement inexplorée. Or dans les contextes actuels du recouvrement de la couche d’ozone et de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, une amélioration de la compréhension des processus dynamiques contrôlant la stratosphère s’avère nécessaire, afin de mieux appréhender l’évolution du climat dans le futur. Des observations satellitaires récentes du printemps/été arctique ont montré l’existence de phénomènes de transport irréversibles depuis les régions tropicales vers la région arctique. Cependant, les mécanismes associés à ces évènements restent mal connus. Ce travail de thèse consiste en l’analyse dynamique et climatologique de ces phénomènes, afin d’évaluer les mécanismes responsables de leur développement et de leur fréquence d’apparition. Une attention particulière est donnée aux rares évènements, où la signature de l’intrusion persiste dans une anomalie anticyclonique jusqu’en été, soit plusieurs mois après son établissement en région polaire. Les données des instruments satellitaires MLS/Aura et MIPAS/ENVISAT, de l’instrument ballon SPIRALE, et le modèle d’advection MIMOSA ont permis d’identifier, caractériser et quantifier ces évènements. L’analyse des conditions dynamiques a été faite à partir des données météorologiques réanalysées de L’ECMWF. Enfin, le développement d’un algorithme de détection systématique de ces intrusions a permis d’en établir une climatologie entre les années 1980 et 2011. Parmi les résultats majeurs de cette étude, il apparaît que la fréquence de ces évènements, contrôlés par l’activité ondulatoire, a fortement augmenté depuis les années 2000. Nous montrons aussi que leur développement au printemps est fortement lié à l’évolution dynamique de la stratosphère durant l’hiver et au régime de circulation intertropicale. / The stratosphere dynamics remains largely unexplored in summer and spring. In the context of the ozone layer recovery and the increasing of greenhouse gases emissions, efforts must be provided to improve our knowledge of the dynamical processes driving the stratosphere. Such improvements would lead to better future climate trends estimates. Recently, spring and summer satellites observations revealed occurrences of irreversible air masses transport from the tropics to the Arctic region. However, the associated mechanisms are poorly understood. The present work consists of dynamical and climatological analyses of these events in order to identify their causes and their occurrence frequency. In particular, we focused on the sporadic events, where the intrusion signal persists several months in the polar region, trapped within an anticyclonic anomaly before disappearing in summer. We used MLS/Aura and MIPAS/ENVISAT satellites data, the SPIRALE balloon borne data and the results of the advection model MIMOSA to identify, characterize and quantify these events. Stratospheric dynamical conditions are investigated using the reanalyses data of the ECMWF. Finally, a systematic algorithm to detect low-latitude intrusions has been developed and applied on MIMOSA results to perform a climatology between 1980 and 2011 The results suggest that the frequency of these events, driven by the planetary wave activity, is increasing since the 21st century. Furthermore, their occurrence in spring appears to depend on the stratospheric dynamical evolution during winter and on the tropical region dynamical regime.

La mobilité quotidienne est au cœur des réflexions sur la durabilité des villes. Moyen de réaliser ses activités quotidiennes et clé de voute des relations sociales, ses aspects économiques, et notamment ce que doivent dépenser les ménages pour se déplacer, sont un enjeu actuel majeur.Cette thèse propose une réflexion sur les interactions entre forme urbaine et mobilité quotidienne au travers du prisme des dépenses de mobilité. Pour questionner ces interactions, deux méthodes sont utilisées, indissociables l’une de l’autre.La première méthode consiste à acquérir une compréhension des effets de l’environnement construit du lieu de résidence sur le budget mobilité des ménages. Les données présentes dans les Enquêtes Ménages Déplacements sont particulièrement adaptées à cet exercice, car elles contiennent une richesse d’information importante sur les individus ainsi que leur mobilité,équipements, opinions et lieu d’habitation. Le terrain d’étude de ce travail est l’aire urbaine de Lyon, qui abrite une grande diversité de territoires et de modes de transport et où sont disponibles de nombreuses bases de données.Tout d’abord, une typologie de territoires a été construite, basée sur les principaux déterminants de la mobilité : densité, iversité, design, accessibilité aux destinations, distance aux transports collectifs et démographie. Ensuite, un cadre d’analyse systémique des relations entre forme urbaine et mobilité quotidienne a été élaboré afin d’identifier trois indicateurs qui permettent de les appréhender : la motorisation, le choix modal et les distances parcourues par modes. La typologiede territoires se révèle fortement explicative sur ces trois indicateurs. Une analyse des évolutions des mobilités entre 1995 et 2015 permet également d’identifier de nouveaux enjeux liés à l’évolution des prix, des comportements et de la démographie.Ce questionnement est ensuite prolongé à travers l’expression et la mesure des mécanismes d’intervention des caractéristiques du lieu de résidence sur le budget mobilité. A l’aide de la technique des modèles d’équations structurelles, les chemins causaux existant entre la forme urbaine locale et le budget mobilité sont explicités. Cette méthode est appliquée sur différentespopulations et types de territoires – ménages actifs puis retraités sur l’agglomération de Lyon puis sur les territoires périurbains – afin d’acquérir une compréhension fine du budget mobilité des ménages.La seconde méthode consiste à tester diverses organisations morphologiques et fonctionnelles du territoire à l’échelle du bassin de vie, afin de mesurer les effets sur le budget mobilité des ménages. Ce travail est réalisé à l’aide d’un modèle d’interaction transport-urbanisme, SIMBAD, qui permet de conduire une analyse systémique et multi-échelles des effets de la forme urbaine sur le budget mobilité. Divers scénarios de forme urbaine sont simulés, participant ainsi au débat sur la durabilité des formes urbaine monocentrique compacte, étalée diffuse et polycentrique dans une logique de Transit Oriented Development.Par ailleurs, les enseignements de la première méthode, c’est-à-dire le traitement des Enquêtes Ménages Déplacements pour étudier les effets de la forme urbaine locale sur le budget mobilité, nous incitent à conduire une analyse multi-échelles des résultats des simulations : une réflexion sur la différenciation des impacts selon l’organisation du territoire et selon le lieu de résidence à l’intérieur de l’aire urbaine est ainsi menée.Ce travail de thèse apporte donc à la fois des éléments méthodologiques pour analyser les interactions entre forme urbaine et budget mobilité, avec la construction de modèles d’équations structurelles et l’usage d’un modèle d’interaction transport-urbanisme dans un objectif de simulation, ainsi que divers résultats et éclairages qui viennent prolonger la littérature scientifiqueexistante. / Daily mobility is at the heart of debate on urban sustainability. A mean to carry out our daily activities and a key to social interactions, economic aspects and especially household expenditures linked to mobility are a major current issue.This thesis proposes a discussion on the interactions between urban form and daily mobility through mobility expenditures. Two interrelated methods of analysis are used to investigate these interactions.The first one relies on a comprehensive understanding of the effects of the built environment on daily mobility budgets. Household surveys are especially suited to this analysis because they provide a wealth of information on individuals’ attributes, their mobility, equipment, opinions and housing characteristics. Combined with various local or national databases, it is possible to estimate a household budget for every surveyed household. The case study for this analysis is the Lyon urban area. It contains very different built environments, and hosts a diverse array of transport modes. Furthermore, numerous databases are available for our analysis.First, we build a typology of territories based on the main daily mobility determinants: density, diversity, design, accessibility to destinations, distance to transit and demography. Then, an analytical framework of relations between urban form and daily mobility is built to identify three indicators to apprehend them: motorization, modal choice and distance per mode. This typology of territories is tested on these three indicators and appears to be highly significant. An analysis of the mobility evolution between 1995 and 2015 also identify various new issues related to prices, behavioral and demographic evolutionsThis line of questioning is extended through the identification and quantification of the effects of built environment characteristics on household mobility budgets. Using a Structural Equation Modelling method, causal paths between local urban form and household expenditures are presented. This method is applied to different types of population and territories – workers and retired households of the Lyon agglomeration then on the same types in suburban areas – in order to understand householdmobility budgets.The second method consists of testing various morphological and functional organizations of the territory in order to measure their effects on daily mobility budgets. This work is conducted using a land use and interaction model (LUTI), SIMBAD, which allows us to conduct a systemic and multiscale analysis of urban form on daily mobility budgets. Different scenarios of urban form are thereafter simulated, contributing to the debate on the durability of monocentric, sprawled or polycentric citiesin a Transit Oriented Development urban form. Besides, lessons learned from data processing of Households Surveys encourage us to conduct a multiscale analysis. A discussion on the differentiation of impacts depending on the global form of the territory is conducted.This thesis work presents innovative methodological elements to analyze the interactions between urban form and mobility budgets, including the construction of structural equations models and the use of a LUTI model to simulate urban environments. It also offers novel results, which contribute to the current scientific literature.

Des détériorations importantes sont observées dans les réseaux d’assainissement en béton en raison de la présence d’hydrogène sulfuré (H2S). Différentes études ont montré qu’un environnement riche en hydrogène sulfuré entraîne, au contact de surfaces cimentaires, la sélection de bactéries sulfo-oxydantes (bactéries capables d’oxyder des composés soufrés réduits), menant à la production d’acide sulfurique. Cet acide détériore localement les réseaux par dissolution et recomposition minéralogique de la matrice cimentaire (formation de gypse et d’ettringite). Les réseaux ne collectent alors plus correctement les eaux usées et ce phénomène provoque donc des travaux de rénovation onéreux. Dans ce contexte, des solutions plus performantes que celles mises en place actuellement doivent être étudiées. L’objectif du projet FUI DURANET dans lequel s’inscrit cette thèse vise à proposer un essai accéléré et à développer un modèle.La mise en place d’essais abiotiques a permis de démontrer que cette première étape n’est pas l’étape limitante du phénomène de biodétérioration. En effet, le pH de surface des matériaux cimentaires adapté au développement microbien est rapidement atteint lorsqu’ils sont mis au contact de l’hydrogène sulfuré à une concentration élevée (100 ppm), quel que soit le matériau cimentaire considéré (mortiers à base de ciments CEM I, CEM III, CEM IV, CEM V, CAC et CSS). La modélisation de l’attaque par l’acide sulfurique et la mise en place d’un essai représentatif et accéléré ont ensuite été abordées pour prédire la durabilité des différents matériaux cimentaires de l’étude. Pour l’essai, différentes techniques d’ensemencement des microorganismes à la surface des matériaux cimentaires ont été comparées, afin de déterminer laquelle mène à la meilleure reproduction des conditions d’un réseau d’assainissement et à l’accélération des mécanismes de biodétérioration la plus importante. Ces essais permettent de préconiser l’utilisation de boues activées contenant un consortium de microorganismes, par rapport à l’utilisation de souches de collection, dont l’activité dépend trop fortement de leur adaptabilité aux conditions environnementales. L’ensemble des résultats, obtenus expérimentalement et par modélisation, montre une meilleure résistance des ciments d’aluminate de calcium et une dégradation très importante des ciments Portland face aux mécanismes mis en jeu, en accord avec les essais in-situ / Important deteriorations have been observed in concrete sewers, due to hydrogen sulfide (H2S) presence. H2S is used as nutrients for sulfur-oxidizing bacteria (bacteria able to oxidize the reduced sulfur compounds) and is oxidized into sulfuric acid. This acid attack of concrete leads to cementitious matrix dissolution and expansive products formation (gypsum and ettringite). This phenomenon disturbs the sewer system and conducts to expensive works of rehabilitation. In order to avoid this degradation, a French project named “FUI Duranet” was initiated to propose more efficient solutions. The aim of this thesis is to define a representative and accelerated test as well as a predictive model.Abiotic tests allow stating that this first stage of the biodeterioration mechanisms is not the limiting stage. Indeed, the adapted surface pH of the cementitious materials to bacteria development is quickly reached with a high H2S concentration (100 ppm), whatever the cementitious materials considered (mortars based on CEM I, CEM III, CEM IV, CEM V, CAC, and SSC cements). The chemical-transport modeling of the sulfuric acid attack of cementitious materials and the establishment of a representative and accelerated test have been proposed to predict their service life in these conditions. For the test, different seeding technics have been compared in order to determine which one lead to the better reproduction and acceleration of biodeterioration mechanisms. This test allows recommending the sludge use, which contains a microorganism’s consortium, rather than a collection strain use, whose activity is too dependent on environmental conditions. With the experimental test and the model, the better resistance of the calcium aluminate cement and the important degradation of the Portland cements are quickly confirmed, as highlighted during the field tests

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L'objet de cette étude est d'utiliser la décomposition en modes propres (POD) pour établir un modèle de la composante déterministe et aléatoire d'un écoulement turbulent présentant une instationnarité à grande échelle pseudo périodique.<br />Une étude expérimentale de l'écoulement bidimensionnel en moyenne en aval d'un cylindre semi-circulaire, par vélocimétrie par image de particules en deux temps (PIV2T) caractérise l'écoulement<br />Une analyse POD du champ de vitesse permet d'extraire les modes spatiaux et de définir un paramètre de phase décrivant l'instationnarité à grande échelle qui régit la partie déterministe. La modélisation de l'évolution temporelle des coefficients associés aux modes s'effectue par des fonctions soit harmoniques pour la partie déterministe, soit stochastiques pour la partie aléatoire.<br />La modélisation est en accord avec les mesures expérimentales des premiers moments statistiques en un point et des fonctions de corrélation spatio-temporelle du champ de vitesse.

L'étude du transport des états excités permet de tester l'interaction ion-solide et en particulier de sonder la réponse du milieu. Deux sortes de processus interviennent lors de collision ion-solide : la succession de collisions binaires entre les atomes du solide et l'ion projectile, et son interaction avec le champ de polarisation (« champ de sillage ») qu'il induit dans le gaz d'électrons du milieu. Nous avons établi l'équation pilote qui régit l'évolution de la matrice densité des états électroniques internes d'un ion hydrogénoïde lourd et rapide dans un solide en tenant compte de ces deux processus physiques. Nous présentons une analyse quantitative de l'influence des paramètres intervenant dans la description du transport. En particulier le champ de sillage est responsable d'un mélange cohérent entre niveaux quasi dégénérés dont les manifestations expérimentales sont riches d'informations tant du point de vue du peuplement des états excités que de la réponse du milieu. Expérimentalement, des techniques de spectroscopie X à haute résolution sont utilisées pour observer l'évolution des populations des niveaux np (2 £ n £ 5) ainsi que de certains niveaux de structure fine du projectile en fonction de l'épaisseur de cible traversée. L'étude expérimentale complète des systèmes collisionnels Kr35+ sur C et Al (E = 60 MeV/A) où les états excités sont initialement peuplés par simple excitation est présentée. Le modèle théorique d'équation pilote reproduit très bien ces résultats expérimentaux, ainsi que ceux provenant d'études précédentes où les états excités étaient initialement peuplés par capture électronique mécanique (MEC). La comparaison expérience-théorie nous permet d'une part d'avoir accès à des paramètres clefs de l'évolution des états excités du projectile comme la valeur du champ de sillage induit (= 1e9 V.cm-1) et sa variation spatiale à l'échelle des orbites atomiques, et d'autre part de tester les conditions initiales avant transport en termes de sections efficaces et de cohérences collisionnelles (excitation et MEC).