Cette thèse porte sur l'influence de la couche limite convective et nuageuse sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest. Pour répondre à cette question, des simulations à haute résolution (50m) sont réalisées sur le modèle atmosphérique Méso-NH couplé à un mécanisme chimique détaillé représentant la chimie gazeuse et aqueuse. Cette échelle spatiale permet de représenter explicitement les caractéristiques spatiales et temporelles des structures turbulentes. Les thermiques en couche limite sont identifiés à l'aide d'un échantillonnage conditionnel basé sur l'utilisation d'un traceur passif à décroissance radioactive. L'impact du transport turbulent sur la redistribution d'espèces chimiques dépend du temps de vie chimique de ces espèces. La ségrégation spatiale créée au sein de la couche limite augmente ou réduit les taux de réaction moyens entre composés. La campagne de terrain AMMA, et plus récemment DACCIWA, sont utilisées pour définir des forçages dynamiques et chimiques pour des environnements simulés. Le premier est représentatif d'un environnement biogénique dominé par des émissions naturelles de COV. Le second reproduit un environnement urbain modérément pollué typique du Golfe de Guinée (Cotonou au Bénin). Pour simplifier, l'analyse des simulations est limitée aux réactions chimiques entre OH et l'isoprène dans le cas biogénique, entre les aldéhydes C>2 et OH dans le cas urbain. L'influence de la couche limite convective est étudiée à l'échelle du thermique et du domaine. Cela permet une connexion avec les modèles à résolution plus lâche qui adoptent une hypothèse de mélange parfait et immédiat, négligeant de fait les variabilités spatiales de composés chimiques au sein d'une maille. Les premiers résultats, basés sur la phase gazeuse uniquement, montrent que les nuages en couche limite convective affectent le transport vertical d'espèces chimiques. Les thermiques sont des zones de réactions privilégiées où la réactivité chimique est maximale. La plus grande intensité de ségrégation est calculée au sommet de la couche limite, toutefois de signes opposés entre les deux environnements. En environnement biogénique, le mélange non-homogène de l'isoprène et de OH dans cette zone induit une diminution maximale de 30% du taux de réaction moyen. Dans le cas urbain, la constante de réaction effective entre OH et les aldéhydes est supérieure de 16% à la constante moyenne. La réactivité de OH est supérieure de 15 à 40% dans les thermiques comparé au reste du domaine, dépendant de l'environnement chimique et de l'heure. Comme les thermiques occupent une faible portion du domaine, l'impact des structures turbulentes sur la réactivité totale de OH est une diminution de 9% pour le cas biogénique et une augmentation maximale de 5% dans le cas anthropique. Des simulations LES incluant la réactivité aqueuse révèlent une baisse importante des rapports de mélange de OH associée à la présence de nuages. / This thesis focuses on the influence of the convective and cloudy boundary layer on the chemical reactivity in West Africa. To answer this question, high resolution simulations (50m) are performed on the atmospheric model Meso-NH coupled to a detailed chemical scheme representing the gaseous and aqueous phases. This spatial scale allow to explicitly represent the spatial and temporal characteristics of turbulent structures. Thermals in the boundary layer are identified by a conditional sampling based on a radioactive-decay passive scalar. The turbulent transport influence on the redistribution of chemical species depends on the chemical lifetimes of these species. Spatial segregation is created within the convective boundary layer that increases or decreases the mean reaction rates between compounds. AMMA campaign field study, and more recently DACCIWA, are used to define dynamical and chemical forcing of two simulated environments. The first one is representative of a biogenic environment dominated by natural emissions of VOC. The second reproduces a moderately polluted typical urban area of the Guinean Gulf (Cotonou in Benin). For the sake of simplicity, simulations analysis are limited to the chemical reaction between isoprene and OH in the biogenic case, and the reaction between C>2 aldehydes and OH in the anthropogenic case. The convective boundary layer influence is studied at thermal and domain scale. This makes the connection with coarse resolution models for which a hypothesis of perfect and immediate mixing is made, neglecting the spatial variability of chemical species within a grid cell. The first results are based on the gaseous phase only. Cloudy development in the convective boundary layer only affects the vertical transport of chemical species. The simulations show that thermals are preferential reaction zones where the chemical reactivity is the highest. The top of the boundary layer is the region characterized by the highest calculated segregation intensities but of the opposite sign in both environments. In the biogenic environment, the inhomogeneous mixing of isoprene and OH in this zone leads to a maximum decrease of 30% of the mean reaction rate. In the anthropogenic case, the effective rate constant for OH reacting with aldehydes is 16% higher at maximum than the averaged value. The OH reactivity is higher by 15 to 40% inside thermals compared to the surroundings depending on the chemical environment and time of the day. Because thermals occupy a small fraction of the simulated domain, the impact of turbulent motions on the domain-averaged OH total reactivity reaches a maximum 9% decrease for the biogenic case and a maximum of 5% increase for the anthropogenic case. LES simulations including the aqueous reactivity reveal a significant decrease in OH mixing ratios associated to the presence of clouds. Consequently, isoprene and C>2 aldehydes mixing ratios increase at these altitudes.

Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection. / Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection.

La géométrie algorithmique est une discipline en pleine expansion dont l'objet est la conception d'algorithmes résolvant des problèmes géométriques. De tels algorithmes sont très utiles notamment dans l'ingénierie, l'industrie et le multimédia. Pour être performant, il est fréquent qu'un algorithme géométrique utilise des structures de données spécialisées.Nous nous sommes intéressés à une telle structure : le diagramme de Voronoï et avons proposé une généralisation de celui-ci. Ladite généralisation résulte d'une extension du prédicat du disque vide (prédicat propre à toute région de Voronoï) à une union de disques. Nous avons analysé les régions basées sur le prédicat étendu et avons proposé des méthodes pour les calculer par ordinateur.Par ailleurs, nous nous sommes intéressés aux « problèmes de placement de formes », thème récurrent en géométrie algorithmique. Nous avons introduit un formalisme universel pour de tels problèmes et avons, pour la première fois, proposé une méthode de résolution générique, en ce sens qu'elle est apte à résoudre divers problèmes de placement suivant un même algorithme.Nos travaux présentent, d'une part, l'avantage d'élargir le champ d'application de structures de données basées sur Voronoï. D'autre part, ils facilitent de manière générale l'utilisation de la géométrie algorithmique, en unifiant définitions et algorithmes associés aux problèmes de placement de formes. / Computational geometry is an active branch of computer science whose goal is the design of efficient algorithms solving geometric problems. Such algorithms are useful in domains like engineering, industry and multimedia. In order to be efficient, algorithms often use special data structures.In this thesis we focused on such a structure: the Voronoi diagram. We proposed a new generalized diagram. We have proceeded by extending the empty disk predicate (satisfied by every Voronoi region) to an arbitrary union of disks. We have analyzed the new plane regions based on the extended predicate, and we designed algorithms for computing them.Then, we have considered another topic, which is related to the first one: shape placement problems. Such problems have been studied repeatedly by researchers in computational geometry. We introduced new notations along with a global framework for such problems. We proposed, for the first time a generic method, which is able to solve various placement problems using a single algorithm.Thus, our work extend the scope of Voronoi based data structures. It also simplifies the practical usage of placement techniques by unifying the associated definitions and algorithms.

Ce mémoire a pour objet le calcul des collisions de gouttes dans divers écoulements laminaires et turbulents. Dans le cadre de l'approximation des équations de Stokes, les forces d'interactions hydrodynamiques entre deux gouttes sont déterminées de façon exacte au moyen d'un système de coordonnées bisphériques. Ces forces permettent de calculer les taux de collision pour des écoulements de cisaillement simple et d'élongation pure. Les sections de collision sont obtenues par trajectographie. Les résultats montrent un accroissement de l'efficacité de collision lorsque l'inertie des gouttes croît. L'expression du taux de collision en écoulement turbulent est analogue à celle utilisée en théorie cinétique des gaz. La fonction de distribution de paires est obtenue pour une turbulence homogène et isotrope et à l'aide de notions de probabilités conditionnelles. Les taux de collision sont calculés sans et avec la gravité. L'évolution granulométrique d'un nuage de gouttes est décrite à l'aide d'une équation cinétique de type Smoluchowski. Cette équation est résolue au moyen d'une méthode numérique originale. Deux cas sont traités. Pour de petites gouttes en écoulement turbulent homogène et isotrope, l'élargissement du spectre de gouttes demande plus de temps si les interactions hydrodynamiques sont prises en compte. Pour de grosses gouttes, compte tenu de la gravité, la formation par collisions de gouttes de diamètre supérieur à 200 microm dépend fortement de la turbulence. Les résultats corroborent les relevés \textit{in situ} dans des strati.

Un phénomène naturel se manifeste par des dynamiques, plus ou moins complexes, aux formes diverses et à topologie variable. Ce mouvement est induit soit par une intervention extérieure, soit par un état interne, qui induit une réorganisation de matière (une agitation ou un écoulement par exemple). CORDIS-ANIMA, système de modélisation et de simulation numérique d'objets physiques, permet par la gestion de quelques paramètres de réaliser toutes sortes de phénomènes sans connaître l'expression formelle de la physique sous-jacente à celui-ci. A l'aide de ce formalisme, nous avons réalisé des modèles de pâtes, de sable, de gel (2D et 3D), de fluides turbulents (2D) et de croissance végétales. Les calculs de simulations produisent un nuage de points matériels qui font partie intégrante de la matière simulée. Ces points n'étant pas disposés sur la surface de l'objet, il n'est dès lors pas possible de réaliser directement un rendu de la surface de cet objet. Nous avons donc mis au point des méthodes de construction volumique qui à partir des informations produites par la simulation, génèrent les indications volumiques manquantes. En étudiant les paramètres physiques des phénomènes simulés, en caractérisant les dynamiques internes révélées par les mouvements des points matériels calculés, ou encore en tentant de reproduire simplement les comportements cognitifs qui permettent à un observateur de ""deviner"" la forme d'un objet à partir d'une information de forme incomplète (i.e. un nuage de point issu de la simulation), nous avons réalisé un ensemble de techniques de construction et de rendu adaptées aux types de phénomènes simulés.

Dus aux conditions uniques en Arctique (des températures et aux rapports de mélange de vapeur d'eau extrêmement bas, à la réflexivité élevée des surfaces de la glace de mer et de la neige, inversion de température dans la basse troposphère et à l'absence de la radiation solaire pendant des périodes prolongées), les processus macro et microphysiques contrôlant la formation des nuages sont complexes et uniques. La validation de ces paramètres atmosphériques simulés par les différents modèles numériques du climat présentement utilisés par les plus grands centres de recherche au monde avec les observations est indispensable pour mieux connaître et, par conséquent, mieux paramétriser ces processus complexes. Le nouveau Modèle Canadien Régional du Climat GEM-LAM (une version à aire limitée du modèle Global Environnemental à Multi-échelle) a été évalué pour la période de septembre 1997 à octobre 1998 au-dessus de l'océan Arctique Ouest. Cette période coincide avec la campagne de mesures du projet SHEBA (Surface Heat Budget of the Arctic Ocean). Les versions 3.2.2 et 3.3.0 du modèle sont évalués dans cette étude. La radiation solaire et terrestre vers le bas à la surface, l'albédo de surface, la vapeur d'eau dans la verticale, les contenus en eau liquide et solide et la couverture nuageuse simulés par GEM-LAM sont évalués avec les données d'observation SHEBA et comparés aux résultats des modèles participants à l'expérience d'inter-comparaison de modèles climatiques régionaux ARCMIP. Une comparaison plus poussée entre les moyennes journalières a été faite et les biais des modèles, le RMSE et le coefficient linéaire de corrélation sont calculés pour plusieurs champs radiatifs et microphysiques. Sur une base mensuelle, les modèles représentent la radiation des longues et courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface raisonnablement bien, mais le décalage entre les simulations suivant les différents modèles est plus grand pour les SWD que pour les LWD à la surface. GEM-LAM surestime l'albédo de la surface pendant toutes les saisons dans cette expérience. De plus, le modèle GEM se comporte similairement aux autres modèles participant à cette expérience et tend à sous-estimer la quantité de vapeur d'eau intégrée verticalement pendant l'hiver, tandis que le GEM la surestime durant l'été. La majorité des modèles surestime la couverture nuageuse hivernale, par contre, ils simulent plus ou moins correctement la couverture nuageuse durant l'été. Sur une base quotidienne, tous les modèles participant à l'expérience ARCMlP simulent relativement bien la radiation des courtes longueurs d'onde vers le bas à la surface, mais les valeurs quotidiennes de l'eau liquide intégrée à la verticale sont légèrement moins bien simulées. Les deux versions du modèle GEM-LAM (v3.2.2 et v3.3.0) ont aussi de la difficulté à bien simuler la couverture nuageuse sur une base quotidienne comme les autres modèles participant à cette expérience. Les nuages optiques minces sont l'une des raisons permettant d'expliquer le grand écart entre la couverture des nuages simulée par les modèles et les observations. Pour éliminer ce problème dans notre analyse, un filtre des nuages optiquement minces a été appliqué en sortie du modèle GEM -LAM. Après filtrage des nuages optiquement minces dans le modèle GEM, pour chaque filtre sélectionné (0,5, 1, 1,5, 2), la couverture nuageuse décroit significativement durant la saison hivernale. Par contre, la couverture nuageuse est insensible au filtre durant la saison estivale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique, Modélisation, GEM-LAM, SHEBA, ARCMIP, Radiation, Couverture nuageuse.

L'objectif de cette thèse est d'offrir une solution de bout en bout permettant de décrire et de déployer de façon fiable une application distribuée dans un environnement virtualisé. Ceci passe par la définition d'un formalisme permettant de décrirer une application ainsi que son environnement d'exécution, puis de fournir les outils capable d'interpéter ce formalisme pour déployer (installer, instancier et configurer) l'application sur une plate-forme de type cloud computing.

L'objectif de cette thèse est d'offrir une solution de bout en bout permettant de décrire et de déployer de façon fiable une application distribuée dans un environnement virtualisé. Ceci passe par la définition d'un formalisme permettant de décrirer une application ainsi que son environnement d'exécution, puis de fournir les outils capable d'interpéter ce formalisme pour déployer (installer, instancier et configurer) l'application sur une plate-forme de type cloud computing.

La géométrie algorithmique est une discipline en pleine expansion dont l'objet est la conception d'algorithmes résolvant des problèmes géométriques. De tels algorithmes sont très utiles notamment dans l'ingénierie, l'industrie et le multimédia. Pour être performant, il est fréquent qu'un algorithme géométrique utilise des structures de données spécialisées.Nous nous sommes intéressés à une telle structure : le diagramme de Voronoï et avons proposé une généralisation de celui-ci. Ladite généralisation résulte d'une extension du prédicat du disque vide (prédicat propre à toute région de Voronoï) à une union de disques. Nous avons analysé les régions basées sur le prédicat étendu et avons proposé des méthodes pour les calculer par ordinateur.Par ailleurs, nous nous sommes intéressés aux " problèmes de placement de formes ", thème récurrent en géométrie algorithmique. Nous avons introduit un formalisme universel pour de tels problèmes et avons, pour la première fois, proposé une méthode de résolution générique, en ce sens qu'elle est apte à résoudre divers problèmes de placement suivant un même algorithme.Nos travaux présentent, d'une part, l'avantage d'élargir le champ d'application de structures de données basées sur Voronoï. D'autre part, ils facilitent de manière générale l'utilisation de la géométrie algorithmique, en unifiant définitions et algorithmes associés aux problèmes de placement de formes.

L'expérience H.E.S.S. est un réseau de télescope Tcherenkov, situé en Namibie, qui observe le rayonnement de sources astrophysiques de rayons gamma de très haute énergie. Depuis sa mise en service il y a plus de dix ans, H.E.S.S. a permis d'améliorer considérablement notre vision de l'univers à ces énergies. Depuis 2012, le démarrage de la deuxième phase de l'expérience avec la mise en service d'un cinquième télescope permet de baisser le seuil en énergie de l'expérience.L'optimisation d'une analyse multivariée au sein de l'expérience H.E.S.S. est présentée dans cette thèse. L'analyse Xeff a été amélioré en prenant en compte les conditions d'observations, et en introduisant de nouvelles variables dans l'estimateur. Un gain de sensibilité de l'analyse par rapport aux analyses standards est observé. Cette méthode a été ensuite utilisée pour diverses analyses de sources de rayons gamma.La prise en compte des effets de la focalisation de l'analyse de données de H.E.S.S. II est détaillée. L'ajustement de la distance entre la caméra et les miroir du cinquième télescope permet d'améliorer l'image dans le plan focal. L'amélioration de la reconstruction et le gain en sensibilité qui en découle est présenté.L'étude du rayonnement gamma de quatre candidats d'associations de vestiges de supernova et de nuages moléculaires est présentée : G349.7+0.2, W51, la nébuleuse de la Tornade, et HESS J1745-303. Une interprétation de ce rayonnement utilisant également les données de Fermi-LAT permet d'estimer l'origine dominante des mécanismes d'émission et d'appréhender l'efficacité d'accélération de particules par ces systèmes.Les travaux présentés dans cette thèse ont fait l'objet de deux notes internes à la collaboration H.E.S.S., de multiples présentations dans des conférences internationales et de publications scientifiques. / The H.E.S.S. experiment is an array of Cherenkov telescopes, located in Namibia, observing the very high energy gamma rays from astrophysical sources. H.E.S.S. greatly increased our understanding of the very high energy non thermal universe. Since 2012, a fifth telescope was installed at the center of the array. This improvement increase the energy range and the sensitivity of the detector.The optimization of a multivariate analysis method, within the H.E.S.S. framework, is presented in this thesis. The Xeff analysis is improved by taking into account the observation conditions and by increasing the number of discriminating variables. The sensitivity of this analysis compared to standard analyses is demonstrated. Xeff is then used to analyze several sources of gamma rays.The effects of the focus impacting the H.E.S.S. II data are described. They are taken into account in the analysis and an optimization of the distance between the mirrors and the camera is presented.The study of the gamma emission from four candidates of molecular clouds and supernova remnant associations is presented. The H.E.S.S. data from G349.7+0.2, W51, the Tornado nebula and HESS J1745-303 is performed. The interpretation of their emission, using also Fermi-LAT data, leads to the estimation of the particles acceleration efficiency in these objects.The work described in this thesis led to the production of two internal notes in the H.E.S.S. collaboration, to several presentations in international conferences, and scientific publications.