Dans un contexte environnemental fort, la législation Européenne actuelle impose aux centrales thermiques à gaz des limites d'émission à 25 ppmvd pour le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NOx). L'exploitant est alors contraint de régler finement ses machines pour éviter l'imposition de pénalités financières. Afin d'orienter les opérateurs vers les réglages optimaux, un outil numérique est développé. Il a pour but de prédire les émissions polluantes avec précision (quelques ppmvd), rapidité (utilisation sur site) et pour toutes sortes de configurations (géométrie, conditions de fonctionnement). Toutefois, modéliser et simuler la formation d'espèces minoritaires dans un écoulement turbulent réactif reste, aujourd'hui encore, un challenge scientifique et numérique en raison des larges spectres spatiaux et temporels mis en jeu. La solution proposée dans cette thèse consiste à réaliser un calcul CFD (Computational Fluid Dynamics) basé sur un mécanisme réactionnel simple en vue de construire un réseau de réacteurs 0D incluant une cinétique chimique détaillée. Une méthodologie générale est présentée pour le découpage de l'écoulement en zones statistiquement homogènes qui, une fois connectées, forment un réseau de réacteurs. Deux modèles de réseaux de réacteurs sont définis et prennent ou non en compte les fluctuations turbulentes (densité de probabilité) et une distribution des temps de séjour dans chaque réacteur. Des études de sensibilité des émissions de NOx à l'hygrométrie, à la variabilité combustible et aux changements de charge sont menées. La comparaison aux mesures sur site souligne la représentativité des modèles proposés. Enfin, une nouvelle modélisation du terme source chimique moyen est introduite (méthode de tabulation du terme source chimique et nouvelle densité de probabilité) pour permettre une prédiction affinée des émissions de NOx dès le calcul CFD.

L'inversion des formes d'ondes (FWI) est une méthode d'imagerie sismique quantitative multiparamètre actuellement en plein essor. La prise en compte de l'ensemble des phénomènes de propagation enregistrés, en particulier des ondes de surface, en font une technique prometteuse pour des applications de la subsurface sur des problématiques géotechniques ou environnementales. Cependant, l'adaptation au contexte de la subsurface d'une méthode sismique validée numériquement ou sur des applications d'imagerie profonde est une tâche difficile. Nous proposons ici une approche par modélisation physique à échelle réduite à l'aide d'un laboratoire de Mesures laser-Ultrasonore Sans Contact (MUSC) mis en place dans le cadre de cette thèse. Les différents éléments du laboratoire ont été caractérisés pour la modélisation sismique à échelle réduite et une attention particulière a été portée à la simulation de la source. Les données acquises ont été validées par confrontation avec des données obtenues par modélisation numérique à l'aide des codes fournis par Géoazur dans le cadre du projet ANR SEISCOPE. Dans un deuxième temps, le potentiel de la FWI pour des applications de la subsurface a été évalué par l'approche conjointe de la modélisation numérique et de la modélisation expérimentale. Nous avons ainsi pu montrer par cette double approche que la FWI permet d'obtenir une information sur la morphologie de cavités souterraines grâce à la prise en compte des ondes de surface. Par ailleurs, sur les différents modèles multicouches étudiés, l'information sur les zones les plus superficielles fournie par les ondes de surface dispersives a pu être exploitée par la FWI.

Les non-linéarités des ondes de surface, qui se caractérisent par leur aspect dissymétrique, sont reconnues comme l'un des principaux moteurs du transport de sédiments en zone littorale. Cependant, l'estimation du transport reste imparfaite, en partie du fait d’une description inexacte des non-linéarités de la vitesse de l'écoulement orbital. Les ondes infra-gravitaires, qui coexistent avec les ondes courtes en zone littorale, sont des ondes de longue période (20-200 s) associés aux groupes d'ondes courtes. Les mécanismes de génération, propagation et dissipation de ces ondes sont maintenant relativement bien compris, mais leur effet sur le transport sédimentaire est encore mal connu. Afin (i) d’améliorer les paramétrisations existantes des non-linéarités de vitesse et (ii) d’étudier le rôle des ondes infra-gravitaires dans le transport sédimentaire, de nouvelles expériences ont été réalisées dans deux canaux à houle, l’un avec un fond fixe et l'autre avec un fond mobile constitué de sédiments de faible densité. Les données obtenues avec ces modèles physiques ont été utilisés conjointement à des données de terrain et des simulations numériques pour étudier les deux sujets.}TEXT{}{Les paramétrisations classiques pour les non-linéarités de vitesse prennent seulement en compte l'influence de paramètres locaux (la hauteur de vague, la longueur d'onde et la profondeur d’eau), ce qui entraîne des erreurs importantes dans les estimations, en particulier les valeurs maximales de non-linéarité. Ce travail montre que les non-linéarités de vitesse ont aussi une dépendance avec des paramètres qui ne sont pas locaux: (i) la cambrure de vague et (ii) la largeur de la bande spectrale au large, ainsi que (iii) la pente de la plage. Une nouvelle paramétrisation est proposée, qui réduit d’environ 50% l'erreur sur les résultats obtenus avec les paramétrisations existantes. Les résultats expérimentaux obtenus dans le canal à houle avec un fond mobile montrent que des conditions de vagues avec la même énergie d'ondes courtes, mais avec une modulation basse fréquence différente, modèlent des profils de plage différents. L'influence des ondes infra-gravitaires sur le transport sédimentaire est mis en évidence par deux mécanismes distincts: (i) l’advection par les ondes infra-gravitaires de sédiment mis en suspension par l'action des ondes courtes, qui dépend de la hauteur des ondes infra-gravitaires et de leur phase par rapport aux groupes d'ondes courtes et (ii) les ondes infra-gravitaires modifient les non-linéarités des ondes courtes, que ce soit directement ou indirectement, par modulation de la hauteur de la colonne d'eau. Les variations morphologiques du haut de plage induites par les ondes infra-gravitaires sont associées à des changements du profil de la plage dans les zones de déferlement et de levée, en mettant en évidence le lien entre les différentes régions du profil transversal de la plage. / Wave nonlinearities have long been recognised as being among the main drivers of sediment transport in the coastal zone. However, there are still significant errors in the prediction of this transport associated, partially due to inaccurate predictions of the velocity nonlinearities. The infragravity waves, which coexist with the short waves in the coastal zone, are long-period waves (with 20-200 s) associated to the short-wave groups. Their generation, propagation and dissipation mechanisms are already reasonably well understood, but their influence on sediment transport is still very poorly characterised. In order to (i) improve current predictions of velocity nonlinearities and (ii) investigate the role of infragravity waves in sediment transport, new experiments were carried out both in a fixed-bed wave flume and in a light-weight-sediment wave flume. The physical-modelling data set is used in combination with field data and numerical simulations for studying both subjects. Existing parameterizations of velocity nonlinearities account only for the influence of local wave parameters (e.g. wave height, wave length and water depth), which leads to considerable estimation errors, especially of the maximal values of nonlinearity. This work shows that the velocity nonlinearities depend also on non-local wave parameters: (i) offshore wave steepness, (ii) offshore spectral bandwidth and (iii) beach slope. A new parameterization is proposed, which reduces by about 50% the root-mean-square error relatively to former parameterizations. The experimental results in the light-weight-sediment wave flume demonstrate that wave conditions with the same short-wave energy, but different low-frequency modulation, shape different equilibrium beach profiles. The influence of the infragravity waves on the sediment transport is confirmed and depends on two different mechanisms: (i) advection of the short-wave suspended sediment by the infragravity-waves, which is dependent on the infragravity-wave height and phasing with the short-wave groups and (ii) modulation of short-wave nonlinearities by infragravity-wave motion, both directly and indirectly, through water-depth modulation. Changes in the beachface morphology induced by infragravity waves are connected to beach-profile changes in the surf and inner-shoaling zones, highlighting the existent link between the different zones of the cross-shore beach profile.

La quantité de sable mobilisable sur un fond sédimentaire, ou disponible sédimentaire, a un impact important sur la morphodynamique du fond sédimentaire. Il existe de nombreuses zones côtières soumises à cette limitation du disponible sableux et qui jouent un rôle dans les phénomènes d'érosion-engraissement des plages ou bien peuvent impacter les activités humaines. L'impact de la quantité de sable mobilisable sur la morphodynamique d'un fond sédimentaire soumis à un courant est étudié expérimentalement dans un canal à courant. La vitesse de l'écoulement est telle que la contrainte au fond soit supérieure à la contrainte critique de mise en mouvement des sédiments. L'évolution temporelle des longueurs d'onde des rides montre une dépendance avec le disponible sédimentaire. Il en est de même la hauteur ou la longueur d'onde des structures à l'équilibre. Une ré-analyse des données in-situ de Ferret 2011 est effectuée et les résultats obtenus sur les vitesses de migration sont comparés aux résultats expérimentaux. La dépendance du transport sédimentaire par charriage et de la vitesse de migration avec le disponible sédimentaire peut être modélisée par l'ajout d'un facteur dépendant de la fraction surfacique du fond couverte de sédiment mobilisable. L'impact du disponible sédimentaire sur le seuil de mise en mouvement des sédiments est également abordé de manière expérimentale avec différentes rugosités pour le fond immobile. Deux méthodes de détection du seuil de mise en mouvement sont développées de manière à automatiser au maximum la mesure. L'impact des rugosités testées et du disponible sédimentaire sur le seuil de mise en mouvement de sédiments homogènes, faiblement hétérogènes et coquilliers est étudié expérimentalement. / The amount of sand that can be mobilized on a sedimentary bed or sediment supply, has an important impact on the bed morphodynamics. There are many coastal areas subjected to the limitation of sediment that can play a significant role in the erosion-accretion processes of beaches or can impact human activities.The impact of sediment supply on the morphodynamics of a sedimentary bed subjected to a current is experimentally studied in a current flume. The flow velocity is such that the bottom shear stress is higher than the critical shear stress for sediment threshold. The temporal evolution of ripple wavelength shows a significant dependence with the sediment supply. It is the same with parameters such as the height or the wavelength of the bedforms at equilibrium. A re-analysis of field data from Ferret 2011 is performed and the obtained results for the bedform migration velocity are compared with the experimental results. The influence of the sediment bedload transport and the migration velocity with the sediment supply can be modeled by the addition of a factor depending on the fraction of the bottom covered with movable sediment. The impact of the sediment supply on the sediment threshold is also experimentally studied with different roughness for the immobile bottom. Two methods of detection of the sediment threshold are developed in order to automate the acquisition and process as much as possible. The impact of the bottom roughness and the sediment supply on the sediment threshold for homogeneous, weakly heterogeneous and shellfish sediment is experimentally studied

Découvrir quels sont les paramètres acoustiques corrélés à l'expression musicale revêt un intérêt fondamental afin d'améliorer notre compréhension de la perception musicale, et trouve de multiples applications en synthèse sonore. L'interprétation musicale est un acte au cours duquel un instrumentiste traduit le signal notationnel d'un compositeur en sons musicaux, tout en impliquant son propre jugement. Si la plupart des études sur l'interprétation musicale portent sur le rythme, la dynamique, ou les hauteurs, bien moins se consacrent au timbre. Cet attribut perceptif du son, à la fois lié à l'identité de la source sonore et à la qualité sonore, semble pourtant être un paramètre musical essentiel. L'objet de cette thèse, dont l'approche repose sur l'analyse-synthèse, est de mieux comprendre le rôle du timbre dans l'interprétation musicale.<br><br>Une étude de dissemblance réalisée sur des sons de synthèse de clarinette, obtenus à partir d'un modèle physique, a permis d'évaluer l'influence du contrôle instrumental (pression d'alimentation et pince) sur les timbres produits par l'instrument. Des enregistrements d'extraits musicaux joués un grand nombre de fois par un même clarinettiste professionnel sur un instrument naturel selon différentes intentions musicales (“scolaire" et “expressive") ont ensuite été analysés. Les mécanismes de transmission de l'expression musicale ont ainsi pu être étudiés au travers de changements de timbre, de rythme et de dynamique. Certaines variations de timbre (variations de qualité sonore au sein des notes et entre les différentes notes) sont reproduites de manière systématique par l'interprète lorsque son intention musicale est la même. La nature de ces variations change lorsque l'intention expressive change, ce qui tend à prouver que les musiciens agissent sur certaines dimensions du timbre afin de varier leur expression. Deux expériences perceptives complémentaires ont révélé que la nature des évolutions temporelles de la brillance des notes influe sur les préférences musicales des auditeurs. La qualité musicale de séquences inexpressives, produites sur des instruments de type entretenu à l'aide d'échantillonneurs, a notamment pu être améliorée de manière significative grâce à un contrôle de la brillance par filtrage dynamique.<br><br>L'ensemble de ces travaux appuie l'idée que les variations morphologiques temporelles de timbre (par ex. variations temporelles de brillance) constituent l'un des vecteurs de l'expression musicale.

Il existe aujourd'hui de nombreux procédés de soudage répondant à la très grande variété d'assemblage à réaliser et aux caractéristiques des métaux utilisés. Le premier chapitre décrit les différentes sources d'énergie utilisées en soudage. Suite à cela, une explication plus détaillée du soudage à l'arc électrique est donnée. Enfin nous présentons la conception d'une plateforme d'essai de soudage.<br />Il est possible, bien sûr, d'utiliser une approche empirique pour optimiser un procédé. Néanmoins il y a des avantages à choisir une approche analytique puisqu'on peut en attendre des avancées significatives dans la compréhension des interactions dynamiques présentes dans l'arc. C'est pourquoi nous présentons dans le chapitre 2 les connaissances théoriques de la physique quant au comportement du métal liquide transféré en soudage MIG/MAG.<br />Ce travail comporte donc également un aspect expérimental nécessaire à l'élaboration des bases de données utilisées pour la construction des modèles. Les différents enregistrements ont été effectués au CTAS sur une plate forme équipée d'un système d'acquisition de données pour les mesures de tension, courant, vitesse fil et d'un système de vidéo rapide. Le chapitre 3 présente notre recherche d'une méthode de segmentation permettant d'obtenir le suivi de variables pertinentes. Nous y proposons un capteur logiciel basé sur la théorie des contours actifs et montrons de bons résultats obtenus sur des vidéos expérimentales.<br />Une étape d'ajustement de certains paramètres est indispensable. Elle est donnée dans le chapitre 4. Le simulateur créé permet d'interpréter certains phénomènes importants en soudage, de réaliser une étude de sensibilité « sans risque » et de donner les signatures théoriques de défauts.

La modélisation physique de la parole vise à comprendre et simuler les phénomènes physiques ayant lieu lors de la phonation. Cette thèse se focalise sur la modélisation de l'écoulement d'air à travers la glotte et sur le comportement mécanique des cordes vocales. L'étude se base sur un ensemble de dispositifs expérimentaux reproduisant in-vitro les phénomènes physiques liés au mouvement des cordes vocales. Différentes théories mécaniques et hydrodynamiques sont présentées et confrontées aux mesures faites sur ces dispositifs expérimentaux. Un intérêt particulier est porté à la modélisation des cordes vocales pathologiques. Pour cela, nous nous concentrons dans un premier temps sur la description de l'écoulement. Nous analysons ensuite, au moyen d'un code de simulation temporelle, les résultats obtenus sur un dispositif expérimental simulant les oscillations auto-entretenues de cordes vocales pathologiques.

Cette thèse porte sur la Tomographie Acoustique Océanique qui permet d'estimer la température de l'eau dans une tranche d'océan à partir de mesures acoustiques. Les vitesse de propagation des ondes étant fortement liée à la température, la tomographie consiste à estimer la célérité à partir des mesures des temps de propagation des ondes acoustiques. Nous nous intéressons à des acquisitions réalisées avec deux antennes, une d'émetteurs et une de récepteurs, placées verticalement face à face, dans un guide d'ondes côtier. Dans ces guides peu profonds, la mesure des temps de propagation ainsi que leur identification sont difficiles à réaliser à cause de la propagation multi-trajets. Avec une acquisition à deux antennes, nous proposons un algorithme de Double Formation de Voies permettant de séparer les contributions des différents trajets, en fonction de leurs angles d'émission et de leurs angles de réception. En plus des mesures des temps de propagation, la tomographie a besoin d'un modèle physique reliant les temps de propagation à la célérité. Deux modèles ont été analysés pendant ces travaux: la théorie classique des rayons, et les Noyaux de Sensibilité du Temps de Propagation (NSTP) obtenus sous l'approximation de Born. Une adaptation des NSTP au cas des mesures obtenues par Double Formation de Voies (D-FV) a été réalisée. Les méthodes développées ont été validées sur des données synthétiques et sur des données "petites échelles" reproduisant la propagation des guides océaniques dans une cuve d'eau de dimensions réduites. L'étude des données ''petites échelles'' a par ailleurs permis d'étudier certains phénomènes physiques: la convection et les vagues de surface.

Au cours de cette thèse nous avons développé des méthodes de Séparation Aveugle de Sources (SAS) pour des images hyperspectrales, dans le cadre de deux champs d'application : la télédétection urbaine et l'astrophysique. Dans la première partie de la thèse nous nous sommes intéressés au démélange hyperspectral pour des images urbaines, le but étant de retrouver d'une manière non supervisée les matériaux présents sur la scène en extrayant leurs spectres et leurs proportions. La plupart des méthodes de la littérature sont basées sur un modèle linéaire, qui n'est pas valide en milieu urbain à cause des structures 3D. Une première étape a donc été d'établir un modèle de mélange adapté aux milieux urbains, en partant d'équations physiques basées sur la théorie du transfert radiatif. Le modèle final de forme linéaire quadratique invariant spectralement, ainsi que les possibles hypothèses sur les coefficients de mélange, sont justifiés par les résultats obtenus sur des images simulées réalistes. Nous avons ensuite proposé, pour le démélange, des méthodes de SAS fondées sur la FMN (Factorisation en Matrices Non-négatives). Ces méthodes sont basées sur un calcul de gradient qui tient compte des termes quadratiques. La première méthode utilise un algorithme de gradient à pas fixe, à partir de laquelle une version de Newton a aussi été proposée. La dernière méthode est un algorithme FMN multiplicatif. Les méthodes proposées donnent de meilleures performances qu'une méthode linéaire de la littérature. En astrophysique nous avons développé des méthodes de SAS pour des images de champs denses d'étoiles du spectro-imageur MUSE. A cause de la PSF (Point Spread Function), les informations contenues dans les pixels peuvent résulter des contributions de plusieurs étoiles. C'est là que réside l'intérêt de la SAS : extraire, à partir de ces signaux qui sont des mélanges, les spectres des étoiles qui sont donc nos "sources". Le modèle de mélange est linéaire non invariant spectralement. Nous avons proposé une méthode de SAS basée sur la positivité des données. Cette approche exploite le modèle paramétrique de la FSF (Field Spread Function) de MUSE. La méthode mise en place est itérative et alterne l'estimation des spectres par moindres carrés (avec contraintes de positivité) et estimation des paramètres de la FSF par un algorithme de gradient projeté. La méthode proposée donne de bonnes performances sur des images simulées de MUSE.

Les travaux décrits dans ce document abordent le problème du couplage dynamique homme-système haptique. Nous proposons une étude de ce couplage basée sur l'hypothèse d'un système hybride temporaire. Selon cette hypothèse, le système formé lors du couplage peut être considéré comme un système dynamique dont les deux parties ne peuvent pas être séparées. Ce sujet est pluridisciplinaire, se situant à l'intersection des sciences cognitives, de l'automatique et de l'haptique. La première partie du document comporte un état de l'art sur l'analyse du couplage dans ces trois domaines, une description de la problématique et de la méthode à utiliser pour notre étude ainsi qu'une proposition des typologies du geste. Lors de cette étude du couplage, nous nous intéressons à un groupe de gestes particuliers, notamment le geste périodique et le geste passif dans une situation de simulation haptique ainsi qu'aux modèles d'interaction capables de les générer. La méthode générale, consiste à définir des approches pour la modélisation du couplage main-système haptique pour ensuite réaliser une analyse du système couplé à partir d'une acquisition des données du système lors du couplage et en utilisant des méthodes d'identification de paramètres issus de l'automatique pour caractériser les modèles. La dernière partie, décrit la mise en place du dispositif pour l'analyse expérimentale du couplage en situation de simulation avec une interaction haptique. Ce dispositif permet l'acquisition des données du geste pour l'analyse. Nous présentons également, l'étude réalisée sur le simulateur haptique afin d'établir l'équivalence entre les paramètres virtuels introduits et issus du simulateur et des paramètres physiques réels. Ensuite, nous décrivons l'analyse expérimentale des différentes situations de couplage proposées. Les expériences effectuées lors de cette étude ont été réalisées sur la plateforme temps réel ERGON_X, conçue par l'ACROE/ICA. Les résultats de ces expériences ont permis de quantifier les modèles du geste et d'observer ses composantes, selon les modèles établis. Mots clés : haptique, interface haptique, interfaces homme-machine, simulation temps réel, couplage homme-objet, geste, modélisation physique, identification de paramètres.