Dans un milieu granulaire, la géométrie du contact entre grains induit une dépendance en pression non-linéaire des modules élastiques. Dans un milieu granulaire sous gravité avec une surface libre, la pression augmente avec profondeur. Il en résulte que seules des ondes de surface peuvent se propager. Nous montrons théoriquement que ce système est un guide d'onde à gradient d'indice dans lequel se propagent des ondes transverses et sagittales. Elles se décomposent selon une série discrète mais infinie de modes dont nous avons calculé la relation de dispersion. Leur vitesse augmente faiblement avec leur indice comme n1/6 et rend difficile l'interprétation des mesures. En profondeur finie, un guide d'onde géométrique se superpose au précédent. Les modes modifiés présentent une fréquence de coupure. Expérimentalement, l'émission de paquets d'ondes gaussiens dans un canal (guide d'onde géométrique) a permis d'isoler le mode de surface fondamental et de tracer sa relation dispersion. L'exposant de sa loi d'échelle valide le point de vue du de la théorie de champ moyen et contredit l'hypothèse d'une situation isostatique au voisinage de la surface libre. Cependant, le module de cisaillement est anormalement faible. Un écoulement granulaire gravitaire entraîné dans un silo lisse génère une émission sonore spontanée. Nous montrons expérimentalement et théoriquement qu'elle résulte d'une instabilité convective pour laquelle la friction amplifie et sélectionne la fréquence. Son développement aboutit à la formation d'ondes de choc. Nous pensons que cette instabilité pourrait expliquer le chant des dunes ou le déclenchement dynamique des séismes.

Ce travail concerne la Differentiation Automatique (DA) de codes. La DA transforme un programme calculant une fonction mathematique en un nouveau programme calculant ses derivees, gagnant ainsi un temps de developpement consequent. L'usage de la DA se repand en Calcul Scientifique, mais souffre encore de quelques problemes.<br>Cette these propose des elements de solution a deux de ces problemes. Le premier probleme est la non-differentiabilite des programmes reels, pour certaines entrees.<br>Les outils de DA negligent souvent ce probleme, alors que les utilisateurs ont besoin d'une grande confiance dans ces derivees avant de les utiliser, par exemple dans des boucles d'optimisation. Quelle que soit son origine reelle, cette non-differentiabilite se traduit dans la structure de controle des programmes. Plutot que d'etudier des extensions de la notion de derivee, nous preferons ici caracteriser le domaine autour des entrees courantes pour lequel le controle reste constant et la differentiabilite est conservee. Nous proposons plusieurs approches et evaluons leurs complexites. Nous etudions formellement une construction du domaine entier, mais sa complexite limite son application. Alternativement, nous proposons une methode directionnelle moins couteuse, que nous avons implementee et validee sur plusieurs exemples. Le second probleme est l'efficacite du mode inverse de la DA, qui produit des codes 'adjoints' calculant des gradients. Ces codes utilisent les valeurs intermediaires du programme initial dans l'ordre inverse, ce qui necessite une combinaison de sauvegarde et de recalcul de ces valeurs. Une tactique fondamentale, nommee 'ckeckpointing', economise de la memoire au prix de la reexecution de segments de code. Dans notre travail, nous formalisons les analyses de flot de donnees necessaires a la differentiation inverse, y compris dans le cas du checkpointing. A partir de cette formalisation, nous proposons deux avancees aux strategies de la DA inverse. D'une part ces analyses nous fournissent des ensembles de valeurs a sauvegarder, que nous pouvons prouver minimaux.<br>D'autre part nous en tirons des indications sur les meilleurs segments de code candidats au checkpointing. Pour experimenter ces choix, nous etendons les analyses et l'algorithme de differentiation inverse de notre outil de DA. Nous montrons les benefices que l'on peut attendre sur des codes reels.

Voir conclusion générale pages 121 à 123 du pdf

Les travaux accomplis au cours de cette thèse au Laboratoire de Colloïdes et Matériaux Divisés résultent d'une volonté de développer et d'utiliser des outils physico-chimiques pour la compréhension de problématiques biologiques. Nous avons choisi comme objet d'étude ce champignon unicellulaire extraordinaire qu'est la levure Saccharomyces cerevisiae. En particulier nous nous sommes intéressés à la fermentation alcoolique à travers la mesure d'un des paramètres du métabolisme : l'énergie de maintenance. Les résultats obtenus s'articulent autour de deux réalisations principales. *** Développement d'un outil de mesure original : Nous avons mis au point un système physico-chimique qui permet de mesurer la polymérisation ou la dépolymérisation au sein de microréservoirs de quelques dizaines de picolitres . Le principe repose sur l'osmose, c'est-à-dire la di usion, à travers une membrane semi-perméable, de solvant entre des réservoirs qui possèdent des potentiels chimiques di érents. Pour réaliser ce système nous avons fabriqué un réseau de gouttes d'émulsion inverse qui constituent des microréservoirs dans lesquels nous avons encapsulé les levures. Les gouttes ont été organisées en un réseau bi-dimensionnel qui nous a permis de suivre des cinétiques de croissance sur un grand nombre d'échantillons (haut débit). Nous avons alors élaboré une nouvelle formulation de l'émulsion afin de rendre les gouttes adhésives entre elles. Ceci nous a permis d'imposer les dimensions et les propriétés de transport à l'intérieur des membranes semi-perméables ainsi formées entre les gouttes en contact. Nous avons alors démontré qu'en imposant des potentiels chimiques constants dans le réseau de gouttes, nous pouvions suivre, à travers l'évolution de leur volumes, la cinétique de processus de polymérisation (création de biomasse dans le cas de la levure) et de dépolymérisation (dans le cas de la lyse enzymatique) qui ont lieu dans des réservoirs. *** Mesure directe de l'énergie de maintenance : Nous avons utilisé notre outil pour mesurer la consommation du glucose par S. cerevisiae lors de la fermentation alcoolique en milieu anaérobie. Nous avons ainsi distingué deux comportements suivant que les cellules se divisent ou qu'elles sont en phase stationnaire. Nous avons développé un modèle qui nous a permis d'expliquer les comportements observés en fonction des paramètres expérimentaux (concentration en sucre, transport) et du métabolisme de la levure. Nous nous sommes alors rendu compte qu'en imposant le réactif limitant nous pouvions mesurer l'énergie de maintenance, c'est-à-dire l'énergie qui n'est pas utilisée pour la division cellulaire. Nous avons enfin mesuré le taux de consommation de glucose pour trois souches différentes. Nous avons ainsi montrer qu'il était possible d'identifier des souches selon leur capacité à métaboliser le glucose. Nous nous sommes alors interrogés sur la possibilité de cribler à haut débit des souches capables de métaboliser des sucres différents. Aussi, nous pouvons envisager, pour augmenter la taille de la librairie à trier, une approche 3D. Les gouttes sont collectées dans une seringue dans laquelle le mûrissement entre les gouttes se produit. Elles sont alors réinjectées dans un microsystème contenant une centaine de zones de tri. Avec un débit d'injection des gouttes de 10kHz, sachant qu'une goutte sur 10 contient une levure, on peut alors cribler une librairie de 108 individus différents en moins de 30 minutes. *** Au total : Le principe de mûrissement des gouttes développé dans cette thèse peut s'appliquer à tout processus qui se traduit par une modification du nombre d'espèces osmotiquement actives. On peut donc envisager de l'utiliser pour un champ vaste d'applications telle que la recherche de nouvelles enzymes de protéolyse. Enfin, nous aimerions attirer l'attention du lecteur sur l'aspect statistique de cette méthode. Elle offre la possibilité d'étudier des processus de sécrétion ou d'assimilation de plusieurs milliers d'individus isolés. Ainsi, des questions telles que la variabilité entre individus vont pouvoir être abordées.

Durant cette thèse, nous avons réalisé une étude expérimentale 2D d'un milieu granulaire dense vibré dans des conditions proches de la transition de blocage. Une des particularités de notre dispositif expérimental est le rôle joué par la gravité, qui introduit une pression de confinement variable spatialement. De plus, en combinant notre étude dynamique du milieu granulaire à une approche rhéologique, cela nous a permis de préciser le rôle des vibrations sur la mobilité de l'intrus au sein de la phase dense agitée. Dans le chapitre 3, une étude macroscopique d'agitation et de compacité du milieu a été conduite. Un des résultats majeurs est l'obtention d'une expression reliant compacité, pression et agitation, différente de ce qui est attendu de l'équation d'état associée à la théorie cinétique des gaz granulaires. Cette expression est validée pour des milieux fortement dissipatifs associés à des grandes hauteurs d'empilement. En revanche, pour des faibles hauteurs d'empilement, on retrouve bien le comportement standard des gaz granulaires. L'observation d'un comportement inverse à celui attendu pour un gaz dissipatif illustre bien le caractère non collisionel du mode de transfert énergétique. Cela suggère entre autres, un rôle important de la structure de l'empilement dans la transmission de l'énergie, particulièrement au voisinage des configurations à faibles nombres de contacts. Une question centrale est donc de comprendre l'origine de la relation obtenue en clarifiant le rôle des transports élastiques dans ces empilements à la fois désordonnés et fragiles. Par exemple, expérimentalement, il serait intéressant de déterminer comment évolue le nombre de contacts moyen par grain lorsque la compacité diminue et que l'énergie cinétique moyenne stockée dans l'empilement chute fortement. Cette caractérisation du comportement macroscopique a été complétée par une étude microscopique de la mobilité individuelle des grains. Nous avons vu qu'au sein d'un même empilement vibré pouvaient coexister plusieurs régimes (bloqué, sous diffusif, diffusif) et que cela amenait à une certaine hétérogénéité de la dynamique du milieu. Au nal, nous avons caractérisé la mobilité moyenne des grains à travers la compacité locale du milieu mais aussi en introduisant une échelle de temps qui met en évidence un comportement non local, directement relié à une mesure de l'hétérogénéité dynamique de l'ensemble de l'empilement. Enfin, en analysant les champs de déplacement des grains et leurs corrélations spatiales, nous avons pu identifier une échelle spatiale mésoscopique homogène sur l'ensemble de la cellule et correspondant à des mouvements collectifs. Il serait intéressant par la suite d'étudier les relations entre cette échelle mésoscopique et la mobilité d'un grain. À cet effet, nous avons commencé à étudier la densité des modes propres associés à la matrice de corrélation des déplacements individuels des grains. Nous avons vu que pour les phases les plus bloquées, il existe de fortes analogies avec les modes "mous" identifiés pour les systèmes élastiques désordonnés proches de la transition de blocage. Cette partie de notre travail non rapportée dans cette thèse, nécessite donc quelques précautions et un développement plus approfondis. Le dernier chapitre complète notre description du milieu granulaire par l'étude de la mobilité d'un intrus au sein de la phase vibrée dans des conditions identiques à celle du chapitre 3. La densité de cet intrus est telle qu'il coule verticalement. Nous avons montré qu'il était possible à partir des trajectoires, de déduire une relation entre un coefficient de friction effectif et la vitesse locale de l'intrus. En outre, le comportement dynamique de la chute étant très intermittent, nous avons séparé et analysé les phases de blocage et de coulée. Il émerge de cette étude un comportement pathologique associé à la dynamique de blocage qui modifie fortement les lois d'écoulement et éventuellement la rhéologie du système. Nous avons finalement pu proposer une méthode permettant de déterminer une loi effective de rhéologie pour un milieu granulaire dense vibré. Une étude paramétrique complète variant la taille de l'intrus serait nécessaire pour compléter l'étude. Néanmoins, les premiers résultats semblent indiquer un comportement rhéologique similaire de celui observé dans les milieux granulaires cisaillés, c'est à dire l'existence d'un régime rhéo-épaississant tel que la friction effective augmente avec le taux de cisaillement. Cette étude a été complétée par l'analyse des champs de déplacement au passage de l'intrus. Ceci a permis de montrer que la coulée s'effectue à travers un couple intrus-vortex qui provoque des réorganisations à grande échelle à l'intérieur du milieu. Bien que ces résultats apportent une certain éclairage expérimental sur certains aspects de la transition de blocage, ils engendrent également de nombreuses questions qui appellent à des mesures complémentaires.

Résumé : Voir pdf pp. vii et viii

Nous avons démontré dans ce mémoire une nouvelle méthode de séparation d'espèces microscopiques quasi-isodensité, applicable à la séparation d'espèces biologiques ou bio-mimétiques, comme les vésicules lipidiques ou les globules rouges. Cette méthode s'appuie sur l'utilisation d'un champ de force acoustique programmé dans une cellule de SPLITT. Nous avons commencé par rappeler l'expression de la force acoustique subie par des micro-particules en suspensions dans un fluide résultant de la présence d'une onde ultrasonore, et montré que les conditions expérimentales de notre séparateur correspondent au domaine sur lequel cette expression est valide. L'effet principal de cette force acoustique est d'attirer les particules vers les noeuds de pression de l'onde stationnaire, dont le nombre et la position sont contrôlés par la fréquence de l'onde. Nous avons alors montré que la trajectoire de particules dans un canal mince sous l'effet d'un écoulement de fluide et d'une onde ultrasonore stationnaire peut être prédite en comparant deux temps, le temps de relaxation dans l'onde, pris par les particules pour converger vers les noeuds de pression, et le temps de résidence dans l'onde. Si le temps de résidence est plus grand que le temps de relaxation, les particules atteignent leur position d'équilibre ; dans le cas contraire, leur migration transverse est faible. Nous avons ensuite présenté l'outil principal dont nous nous sommes servis pour étudier le séparateur acoustique fluidique : le microscope holographique. Celui-ci permet d'extraire les positions tridimensionnelles d'objets en suspension dans un liquide en écoulement dans le canal. Ceci nous permet en particulier de suivre la migration des particules dans l'épaisseur du canal, ce qui est impraticable par une technique de microscopie classique. Nous avons ainsi mesuré la vitesse de sédimentation de particules de latex de 10 m de diamètre, et obtenue une valeur de 3 m/s est bon accord avec la valeur théorique valant 2,7 m/s. Nous avons ensuite tiré parti de notre capacité à mesuré les distributions de particules dans l'épaisseur du canal pour démontrer l'effet de focalisation acoustique à un et deux nœuds. Nous avons montré comment déterminer les fréquences de résonances du canal correspondant à la présence d'une onde stationnaire dans celui-ci par l'observation conjointe de la transmission acoustique du canal et de la distribution in situ. Aux pics de transmission sont associés des focalisations prononcées des particules à des hauteurs précises du canal, correspondant aux noeuds d'une onde de pression stationnaire. En variant le débit et ainsi le temps de résidence des particules dans l'onde, nous avons pu en déduire les temps de relaxations des particules et ainsi un ordre de grandeur de l'énergie acoustique moyenne présente dans le canal, de l'ordre de quelques J/m3. Nous avons alors proposé une méthode originale pour mesurer plus précisément la valeur de l'énergie acoustique, par l'observation de la position d'équilibre des particules pour diverses intensités du champ de pesanteur. Cette expérience est rendue possible par l'embarquement du dispositif dans un avion effectuant des vols paraboliques, au cours duquel s'enchaînent des phases pour lesquelles l'intensité du champ de pesanteur vaut 0 g, 1 g ou 1,8 g. La valeur obtenue, de près d'un J/m3, est compatible avec les mesures aux sols. Pour ces expériences, le contact canal/transducteur était assuré par du gel à ultrasons ; nous espérons que le collage des transducteurs au moyen d'une colle epoxy permettra d'améliorer le couplage. Une nouvelle expérience de mesure de l'énergie acoustique par ce procédé à été menée avec des transducteurs collés, et son analyse est en cours. Nous avons alors introduit le principe du séparateur acoustique fluidique, reposant sur la juxtaposition en série selon la longueur du canal de deux transducteurs générant une onde à un et deux noeuds. Une modélisation numérique de celui-ci montre qu'il est possible d'effectuer des séparations de particules micrométrique quasi-isodensité avec une excellente résolution et un flux de production plus grand que celui obtenu par SPLITT gravitationnel. Le flux de production peut être d'autant plus grand que l'énergie acoustique est grande, ce qui est encourageant dans la perspective de l'utilisation industrielle ou pharmaceutique de ce séparateur. Nous avons également montré comment cette méthode de programmation spatiale d'un champ de force acoustique peut être étendue pour améliorer encore le flux de production et la sélectivité de séparateur de type SPLITT, en permettant la préfocalisation d'espèces dans le canal sans utiliser deux entrées ; on obtient ainsi une nappe initiale très fine sans diluer l'échantillon. Nous nous sommes alors consacrés à la présentation de la réalisation expérimentale de ce séparateur acoustique fluidique, au moyen de cellules de step-SPLITT. Nous avons étudié son efficacité pour la séparation de mélanges de particules de latex de deux diamètres différents, et mesuré un facteur de séparation de 4,5 pour des particules de 5 m et 10 m, ce qui veut dire que l'on récupère en proportions cinq fois plus de petites que de grosses parti-cules à l'une des sortie, soit une purification d'un facteur 5. Nous espérons que l'amélioration du résonateur, par l'utilisation de parois en verre, nous permettra d'augmenter encore l'efficacité du dispositif. Nous avons ensuite montré que les vésicules lipidiques peuvent être manipulées efficacement au moyen de la force acoustique. Il est donc possible de les trier au moyen de notre dispositif. Nous avons mené des expériences préliminaires de séparations d'échantillons de vésicules très polydisperse, qui ont montré que nous pouvions enrichir le mélange en vésicules de faible diamètre, obtenant ainsi après un passage dans le dispositif près de 90% de vésicule de diamètre inférieur à 12 m, avec un flux de production de quelques 104 vésicules/h. De tel échantillons peuvent être utiles dans la perspective de l'étude des vésicules en tant que modèle du comportement mécanique de cellules biologique, dont les diamètres sont de l'ordre de quelques microns. Pour terminer, nous avons présenté une expérience préliminaire montrant la grande sensibilité des globules rouges à la force acoustique, par l'observation d'une striation d'un échantillon de sang total dilué en écoulement dans une de nos cellules sous l'effet d'une onde ultrasonore. Ce résultat laisse entrevoir l'utilisation potentielle de notre séparateur pour la séparation des globules rouges du plasma, ce qui présente un grand intérêt pharmaceutique.

Ce travail de thèse a pour objectif de fournir un panorama aussi complet que possible de la pauvreté et des inégalités la retraite, en France et en Europe de la fin du vingtième siècle à aujourd'hui, mais également d'identifier le rôle de certaines politiques publiques dans la lutte contre la pauvreté et les inégalités. Compte tenu des contraintes économique et démographique pesant sur les systèmes de retraites, étudier les sources d'inégalités et de pauvreté, mais aussi les mécanismes efficaces en matière de lutte contre les inégalités et la pauvreté à la retraite, est actuellement pertinent de manière à anticiper au mieux les risques futurs. Pour ce faire, nous identifions les populations retraitées pauvres, ainsi que les facteurs d'inégalité et d'inéquité tout en définissant les concepts centraux que sont les inégalités et l'équité intragénérationnelles, intergénérationnelles, mais également ce qu'est la pauvreté des retraités dans les pays développés aujourd'hui. Nous proposons dans un premier temps un modèle d'équilibre général pour évaluer les impacts de chocs de politique économique, ainsi que les conséquences d'un choc démographique. Puis des analyses empiriques des inégalités et de la pauvreté sont proposées de manière à mettre en évidence le lien entre les systèmes fiscaux, de protection sociale, de redistribution d'une part, et les inégalités à la retraite d'autre part.Nous arrivons à la conclusion que les systèmes de retraite et l'architecture de la redistribution, en France et en Europe, ont permis de réduire les inégalités et la pauvreté à la retraite. Le niveau de vie moyen des ménages retraités apparaît désormais équivalent à celui des ménages actifs. Les réformes des systèmes de retraite en cours devront donc tenir compte non seulement de l'environnement démographique et économique dégradé (ralentissement de la croissance économique, augmentation du taux de chômage et des aléas de carrières, etc.) mais également du caractère efficient de l'architecture redistributive telle qu'elle existe aujourd'hui. / We provide a large picture of the inequalities and the poverty among the French and the European pensioners, from the late twentieth century to today. The public pension systems support strong economic and demographic constraints, which could involve a higher risk of poverty and/or risk of inequality during the retirement. We focus on the role of the public policies in reducing these inequalities. To do this, we identify the poor populations and shed light on the inequality and poverty factors. Through the chapters, we define the inequality, the poverty of the retirees in developed countries, the inter- and intergenerational inequalities. We put into perspective the efficient mechanisms to reduce the inequalities and the poverty among the pensioners. In the first chapter, we propose a general equilibrium model to explore the impact of parametric reforms and the impact of a demographic shock on the inequality level. Then, we address the question of the social protection impact on the poverty and the inequality level among the European retirees at the end of the last century. To finish, the last chapter focus on the relationship between the architecture of the redistribution in France, including the socialbenefits and taxes, and the inequalities. We distinguish in this last chapter the inequality level among pensioners and among workers from the inequalities between pensioners and workers. We conclude that the pension systems and the redistribution architecture, in France and in Europe, permitted to reduce the inequalities and the poverty among pensioners. The retirees' and the workers' households have now the same living standard. Our findings suggest that the future pension reforms should take into consideration the bad economic and demographic environments, but also the efficiency of the actual redistributive architecture.

Ce travail expérimental porte sur les mécanismes de pénétration d'un objet rigide (intrus) au sein d'un milieu granulaire modèle, dense et désordonné dans une configuration à deux dimensions. Nous mesurons simultan'ement la force de traînée et le mouvement des grains autour de l'intrus fixe dans le référentiel du laboratoire. Le milieu granulaire confiné dans une cellule horizontale rectangulaire est entraîné à vitesse constante. Nous avons testé l'influence de différents paramètres de contrôle comme la fraction surfacique de grains (compacité du milieu granulaire), les rapports d'aspect de la cellule et les diamètres des obstacles cylindriques, ainsi que la vitesse de translation. Nous avons mis en évidence le rôle prépondérant de la compacité du milieu granulaire sur les niveaux de force observés et sur l'apparition d'une cavité dans le sillage de l'intrus. Nous avons attribué les fluctuations des niveaux de force observés à des mécanismes de blocage/déblocage visibles sur les champs de déplacements des grains et reliés à la compressibilité finie du milieu granulaire confiné.

La segmentation d'images et de séquences vidéo consiste à séparer les objets d'intérêt du reste de l'image. L'utilisation de contours actifs en utilisant une approche variationnelle repose sur la définition d'un critère de segmentation. Ce critère est ensuite dérivé à l'aide des gradients de forme, afin de parvenir à l'équation d'évolution du contour actif. Bien souvent ce critère dépend des caractéristiques de l'image et fait une hypothèse implicite sur les distributions de ces caractéristiques. Par exemple, considérer une fonction de la moyenne de l'intensité d'une région revient à faire une hypothèse gaussienne sur la distribution de cette intensité. Dans cette thèse, nous proposons de nous affranchir de ces hypothèses qui ne sont pas toujours respectées et de considérer les distributions les plus "réelles" possible en utilisant une estimation non-paramétrique de ces distributions. Nous présentons des critères issus de la théorie de l'information, comme l'entropie, afin de segmenter des zones de faible variabilité dans les images. Afin de prendre en compte plusieurs canaux comme les canaux couleur, l'entropie jointe et l'information mutuelle sont aussi utilisées. Lorsqu'une information a priori est connue, la divergence de Kullback-Leibler permet d'introduire une notion de distance à une segmentation de référence en cherchant à minimiser une "distance" entre distributions. Enfin, l'entropie jointe est utilisée afin de segmenter des objets en mouvement dans des séquences vidéo, que cela soit en ayant au préalable calculé un flot optique, ou en estimant de façon conjointe le mouvement avec la segmentation.