La méthode des ordonnées discrètes couplée à la méthode des éléments finis est souvent utilisée pour résoudre numériquement l’équation de transfert radiatif. L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer cette technique numérique. Au lieu d’utiliser des éléments finis standards, cette thèse reformule l’équation de transfert radiatif en utilisant des éléments finis vectoriels. Par rapport aux éléments finis standards, cette reformulation donne des temps plus courts pour la phase d’assemblage des systèmes linéaires, et surtout pour la phase de résolution. Des méthodes itératives de sous-espaces de Krylov préconditionnées, comme le GMRES et le BiCGSTAB, sont employées pour résoudre les systèmes linéaires résultant de la discrétisation par éléments finis. La méthode développée a été validée par rapport à des problèmes de référence. Pour résoudre de gros problèmes de rayonnement sur des calculateurs parallèles, la méthode des éléments finis vectoriels est parallélisée en utilisant des approches de décomposition de domaine et de décomposition angulaire. Les méthodes parallèles proposées possèdent des capacités de mise à l’échelle quasi-linéaires sur un grand nombre de processeurs. Les solveurs parallèles développés sont utilisés pour effectuer des simulations numériques à grande échelle avec des milliards d’inconnues. Dans l’ensemble, il est montré comment effectuer des simulations numériques complexes de rayonnement à des échelles auparavant inaccessibles pour les solveurs de transfert radiatif standard. / The discrete ordinate method coupled with the finite element method is often used for numerically solving the radiative transfer equation. The main goal of this thesis is to improve upon such numerical technique. Instead of using standard finite elements, this thesis reformulates the radiative transfer equation using vectorial finite elements. In comparison to standard finite elements, this reformulation yields faster timings for the linear system assemblies, as well as for the solution phase when solving scattering media problems. Preconditioned Krylov subspace methods like the GMRES and the BiCGSTAB are employed for solving the linear systems arising from the proposed vectorial finite element discretization. The developed methods are validated against benchmark problems available in literature. In addition, the method of manufactured solutions is used for verifying the proposed method. For solving large problems of radiation on parallel computers, the vectorial finite element method is parallelized using domain decomposition and angular decomposition approaches. The proposed parallel methods possess quasi-linear scaling capabilities on a large number of processes. The developed parallel solvers are used to perform large scale numerical simulations with billions of unknowns. Overall it is shown how to perform complex numerical simulations of radiation at scales that were previously unattainable by standard radiative transfer equation solvers.

Nous étudions la propagation d'une impulsion lumineuse à<br />travers un milieu diffusant. La propagation peut être décrite<br />par l'équation de transfert radiatif en régime dynamique<br />(ETR). Nous proposons une méthode de résolution en<br />géometrie plane. Elle consiste à appliquer la méthode<br />des ordonnées discrètes dans le domaine fréquentiel de<br />l'ETR. Nous calculons ainsi le flux d'énergie directionnel<br />transmis et rétrodiffuse en fonction du temps et de l'angle.<br /><br />Dans la seconde partie, nous étudions la validité de<br />l'approximation de la diffusion. Cependant, l'expression théorique<br />du coefficient D en milieu absorbant varie selon l'approche<br />adoptée. Une nouvelle approche fondée sur l'analyse du mode<br />fondamental de l'ETR est développée. Sans faire aucune<br />hypothèse concernant le niveau d'absorption, nous obtenons une<br />nouvelle définition et interprétation de D. <br /><br />La troisième partie est consacrée à l'étude de la<br />transition entre le regime balistique et le regime<br />diffusif. Nous montrons que les reflexions internes jouent un<br />rôle important pour les systèmes à faible épaisseur<br />optique. Nous montrons ainsi que le régime diffusif est atteint<br />aux temps longs, pour des systèmes de taille 8L ou L est la<br />longueur de transport. <br /><br />Enfin, dans la derniere partie, nous modélisons la<br />corrélation temporelle du signal diffuse. Deux théories<br />(QELS et DWS) permettent de modéliser respectivement le signal en<br />diffusion simple et en régime diffusif. Nous avons<br />développe un modèle décrivant les deux régimes<br />ainsi que le régime intermédiaire. Le modèle est fondé<br />sur une approche de type marche au hasard et sur la résolution de<br />l'équation de transfert radiatif dynamique. Ce modèle a permis<br />de décrire des expériences récentes de mesures de<br />fluctuations temporelles de champs et d'intensite dans le<br />régime de diffusion multiple intermédiaire.

Cette Thèse est consacrée à la modélisation de la signature dans l'ultraviolet "Solar Blind" d'un jet de propulseur à chargement solide composite aluminisé. Le rayonnement ultraviolet émis par ce type de jet provient de l'émission de chimiluminescence des espèces gazeuses et de l'absorption et de la diffusion des particules d'alumine. Afin de prendre en compte la diffusion qui est à l'origine d'un couplage entre les directions de propagation du rayonnement, un modèle de transfert radiatif 3D adapté aux problèmes atmosphériques, est étendu aux jets : la méthode des ordonnées discrètes et des harmoniques sphériques (SHDOM). Les harmoniques sphériques permettent de réduire le temps de calcul de l'intégrale de diffusion par rapport à une méthode des ordonnées discrètes classique, tandis que l'équation de transfert radiatif est intégrée le long des ordonnées discrètes. Le modèle SHDOM, développé à l'origine pour les milieux 3D nuageux, est adapté de façon à prendre en compte les spécificités des jets de moteurs-fusées (composition et géométrie) dans l'ultraviolet. L'émission de chimiluminescence des gaz, attribuée à la recombinaison radiative de CO et de O, est évaluée à partir de mesures issues de la littérature. Par ailleurs, les propriétés optiques des particules sont étudiées en fonction de leur granulométrie et de leur indice complexe de réfraction. Une synthèse bibliographique permet d'estimer la valeur de ces paramètres. Afin de mettre en évidence l'influence des particules sur la signature des jets, des cas tests sont effectués dans des milieux cylindriques représentatifs des jets. Enfin, des comparaisons entre des calculs et des mesures de signatures sont réalisées.

Dans le cadre de cette thèse, nous présentons l’extension des résultats sur le raisonnement avec des bases de croyances totalement ordonnées au cas partiellement ordonné. L’idée est de raisonner avec des bases logiques équipées d’un ordre partiel exprimant la certitude relative et de construire une fermeture déductive partiellement ordonnée. Au niveau syntaxique, nous pouvons soit utiliser un langage exprimant des paires de formules et des axiomes décrivant les propriétés de l’ordre, ou utiliser des formules en relation avec des poids symboliques partiellement ordonnés dans l’esprit de la logique possibiliste. Une sémantique possible consiste à supposer que cet ordre provient d’un ordre partiel sur les modèles. Elle exige la capacité d’induire un ordre partiel sur les sous-ensembles d’un ensemble, à partir d’un ordre partiel sur ses éléments. Parmi plusieurs définitions de relations d’ordre partiel ainsi définies, nous sélectionnons la plus pertinente pour représenter la notion de certitude relative, en accord avec la théorie des possibilités. Nous montrons les limites d’une sémantique basée sur un ordre partiel unique sur les modèles et proposons une sémantique plus générale qui utilise une relation d’ordre partiel entre les ensembles de modèles. Nous utilisons un langage de plus haut niveau qui exprime des conjonctions de paires de formules en relation, avec des axiomes qui décrivent les propriétés de la relation. Nous proposons deux approches syntaxiques pour inférer de nouvelles paires de formules à partir d’une base partiellement ordonnée, et compléter ainsi l’ordre sur le langage propositionnel. L’une des inférences est proche des logiques conditionnelles de Lewis (qui traite le cas totalement ordonné) et d’un travail de Halpern. Elle est également proche du Système P. Nous reprenons la logique possibiliste symbolique proposée par Benferhat et Prade et comparons cette approche avec l’approche par certitude relative. Pour cela nous poursuivons l’étude de la logique possibiliste symbolique en démontrant un résultat de complétude. Nous étudions la question de la traduction d’une base partiellement ordonnée en base possibiliste symbolique et inversement. Nous proposons enfin des pistes pour une implémentation du système d’inférence de certitude relative et du système possibiliste symbolique. / In this thesis, we present results on the extension of the existing methods for reasoning with totally ordered belief bases to the partially ordered case. The idea is to reason from logical bases equipped with a partial order expressing relative certainty and to construct a partially ordered deductive closure. The difficult part lies in the fact that equivalent definitions in the totally ordered case are no longer equivalent in the partially ordered case. At the syntactic level we can either use a language expressing pairs of related formulas and axioms describing the properties of the ordering, or use formulas with partially ordered symbolic weights attached to them in the spirit of possibilistic logic. A possible semantics consists in assuming that the partial order on formulas stems from a partial order on interpretations. It requires the capability of inducing a partial order on subsets of a set from a partial order on its elements so as to extend possibility theory functions. Among different possible definitions of induced partial order relations, we select the one generalizing necessity orderings (closely related to epistemic entrenchments). We study such a semantic approach inspired from possibilistic logic, and show its limitations when relying on a unique partial order on interpretations. We propose a more general sound and complete approach to relative certainty, inspired by conditional modal logics, in order to get a partial order on the whole propositional language. Some links between our approach and several inference systems, namely conditional logic, modal epistemic logic and non-monotonic preferential inference are established. Possibilistic logic with partially ordered symbolic weights proposed by Benferhat and Prade is also revisited and we continue the study by proving a completeness result. A comparison with the relative certainty approach is made via mutual translations. We compare this approach with the relative certainty approach.We study the question of the translation of a partially ordered base into a symbolic possibilistic base and vice versa. The results for this translation highlight different assumptions underlying the two logics. We also offer steps toward implementation tools for the inference of relative certainty and for the symbolic possibilistic system.

Dans une première partie, nous montrons qu'il est possible d'établir une correspondance naturelle entre les preuves en déduction naturelle de la validité d'une formule et les réfutations par resolution d'un ensemble de clauses obtenues en appliquant a la négation de cette formule une mise sous forme clausale non standard utilisant une technique de renommage. En particulier, nous montrons qu'il est possible de simuler le fonctionnement d'un calcul des sequents proche de celui de Gentzen par la resolution et nous montrons comment traduire des réfutations par resolution en preuve en déduction naturelle. De plus, nous proposons plusieurs ameliorations de cette mise sous forme clausale avec renommage permettant de faciliter la recherche d'une réfutation par resolution. Dans une deuxième partie, nous décrivons en détail des techniques permettant une mise en œuvre efficace de la resolution avec sortes ordonnées ainsi qu'un principe d'indexation des clauses permettant de résoudre efficacement de nombreux problèmes-clés (tels ceux poses par la subsomption, l'utilisation de systèmes de réécriture...). Ces algorithmes ont ete utilises dans l'implémentation d'un démonstrateur par resolution que nous avons réalisé dans le cadre d'atinf

Un intérêt scientifique croissant dans les cristaux liquides (LC) est née de leur capacité à guider l'assemblage des colloïdes1,2 et des nanoparticules (NPs)3-8 en configurations spatiales bien définies. Dans cette thèse, nous avons étudié les LC smectiques A (SmA) qui produisent 1D et 2D modèles de défauts de taille nanométrique9 avec sub-micrométrique périodicité et sont capables d'assembler des NP dans des structures ordonnées par défaut/NP interactions. La thèse a été axé sur deux tâches principales: l'élaboration d'une méthode fiable pour motifs de défaut de la création avec la symétrie et la périodicité prédéfinie qui peut être réglé par des champs électriques appliqués; assemblage NPs de nature différente, la taille et la forme en structures ordonnées dans accordable LC tableaux de défauts. Dans ce mémoire, nous avons montré que les modèles de défauts 1D et 2D peuvent être créés soit par variation de l'épaisseur du film à cristaux liquides en l'absence de champ électrique externe, ou en appliquant le champ à une épaisseur donnée. La morphologie de motif est déterminée par l'épaisseur de la région confinée, où le directeur de LC de rotation perpendiculaire à l'orientation parallèle à des substrats. Dans les cellules hybrides SmA/NP NPs anisométriques alignent le long de la directrice en l'absence de défauts, mais alignent parallèle à la ligne des défauts10 dans le noyau de défaut. Un champ électrique appliqué à la ligne normale de défaut de contestation de l'interaction des particules anisotropes défaut et peut conduire à une orientation perpendiculaire, en fonction du type et de la taille des particules. Ajout sphériques NPs d'or à SmA LCs conduit à la déstabilisation des domaines de défauts linéaires, la stabilisation de bandes striées et empêche l'agrégation même pour une grande concentration de NPs d'or dans les cellules hybrides. / An increasing scientific interest in liquid crystals (LCs) has arisen from their ability to guide the assembly of colloids and nanoparticles (NPs) into well-defined spatial patterns. In this thesis we have studied the smectic A (SmA) LCs which produce 1D and 2D patterns of nanometer size defects with sub-micrometer periodicity and are capable to assemble NPs into ordered structures via defect/NP interactions. The dissertation was focused on two main tasks: developing a reliable method for creation defect patterns with predefined symmetry and periodicity which can be tuned by applied electric fields; assembling NPs of different nature, size and shape into ordered structures within tunable LC defect arrays. In this thesis we have shown that 1D and 2D defect patterns can be created either by varying the LC film thickness in the absence of external electric field, or by applying the field at a given thickness. The pattern morphology is determined by the thickness of the confined region, where the LC director rotates from normal to parallel to the substrates orientation. In SmA/NPs hybrid cells anisometric NPs align along the director in the absence of defects but align parallel to line defects within the defect core. An electric field applied normal to the defect line challenges the anisotropic particle-defect interaction and may lead to perpendicular orientation, depending on the particle type and size. Adding spherical gold NPs (GNPs) to SmA LCs leads to destabilization of linear defect domains, stabilization of striated stripes and prevents aggregation even for a large concentration of GNPs in hybrid cells.

Afin de modéliser l'absorption dans le traitement des transferts radiatifs en milieu atmosphérique, de nombreuses méthodes plus précises et plus rapides ont été développées. La modélisation de la formation du brouillard, où le rayonnement infrarouge joue un rôle très important, nécessite des méthodes numériques suffisamment précises pour calculer le taux de refroidissement. Le brouillard radatif se forme après des conditions de ciel clair, où l'absorption est le processus radiatif dominant, en raison d'un fort refroidissement nocturne. Avec l'augmentation des ressources de calcul et le développement du Calcul Haute Performance, les modèles à bandes, pour effectuer l'intégration sur la longueur des grandeurs radiométriques, sont les plus utilisés. Toutefois, le couplage entre les transferts radiatifs 3-D et la dynamique des fluides reste très coûteux en temps de calcul. Le rayonnement augmente d'environ cinquante pourcent le temps de la simulation pour la dynamique des fluides uniquement. Pour réduire le temps passé dans une itération radiative, une nouvelle paramétrization basée sur les modèles en émissivité a été développée. Cette approche nécessite seulement une résolution de l'ETR contre $N_{text{bandes}} times N_{text{gauss}}$ pour un modèle à $N_{text{bandes}}$ avec $N_{text{gauss}}$ points de quadratures sur chaque bande. Une comparaison avec des données de simulation a été effectuée et cette nouvelle paramétrisation de l'absorption infrarouge a montré sa capacité à prendre en compte les variations des concentrations gazeuses et d'eau liquide. Une étude à travers le couplage entre le modèle développé et le code de CFD Code_Saturne a été réalisée afin valider dynamiquement notre paramétrisation. Enfin une simulation exploratoire a été effectuée sur un domaine 3-D en présence de bâti idéalisé, pour capter les effets radiatifs 3-D dûs aux hétérogénéités horizontales du champ d'eau liquide et des bâtiments / The Atmospheric Radiation field has seen the development of more accurate and faster methods to take into account absorption. Modelling fog formation, where Infrared Radiation is involved, requires accurate methods to compute cooling rates. Radiative fog appears with clear sky condition due to a significant cooling during the night where absorption is the dominant processus. Thanks to High Performance Computing, multi-spectral approaches of Radiative Transfer Equation resolution are often used. Nevertheless, the coupling of three-dimensional radiative transfer with fluid dynamics is very computationally expensive. Radiation increases the computation time by around fifty percent over the pure Computational Fluid Dynamics simulation. To reduce the time spent in radiation calculations, a new method using the broadband emissivity has been developed to compute an equivalent absorption coefficient (spectrally integrated). Only one resolution of Radiative Transfer Equation is needed against $N_{text{band}} times N_{text{gauss}}$ for an $N_{text{band}}$ model with $N_{text{gauss}}$ quadrature points on each band. A comparison with simulation data has been done and the new parameterization of Radiative properties shows the ability to handle variations of gases concentrations and liquid water. A dynamical study through the coupling between the infrared radiation model and Code_Saturne has been done to validate our parametrization. Finally the model was tested on a 3-D domain with idealized buildings to catch 3-D infrared radiative effects due to horizontally inhomogenities of the liquid water content field and buildings

Le souhait de réduire des effets secondaires associés aux anticancéreux a mené à considérer l'utilisation de prodrogues activables au site d'action, comme la cyclophosphamide (CPA). La CPA est activée majoritairement par le CYP2B6 humain avec une faible efficacité, obligeant à l'utilisation de concentrations importantes de prodrogue. Celles-ci peuvent être réduites par transfection au niveau de la tumeur d'un gène codant pour un P450 optimisé, possédant une efficacité catalytique élevée vis-à-vis de la CPA tout en étant le moins immunogène possible. Pour ce faire, en partant de la modélisation du CYP2B6 et du CYP2B11, forme canine à bas Km pour l'activation de la CPA, un gène synthétique du CYP2B11 pour l'expression dans la levure a été dessiné et divisé en 15 "modules" structuraux. Quinze chimères à points de jonction définis entre les deux CYP2Bs ont ensuite été construites par échange de ces modules, via une méthode originale de génération de banques ordonnées de chimères, SIGNAL, indépendante de l'homologie de séquence des enzymes parentaux. SIGNAL, à mi-chemin entre les processus classiques d'évolution dirigée et de mutagenèse dirigée, nous a permis, après analyse fonctionnelle des chimères, de mieux comprendre le mécanisme de métabolisation de la CPA par les deux enzymes et d'identifier des modules structuraux jouant potentiellement un rôle important dans la haute affinité du CYP2B11. En parallèle, la mise au point d'un système de sélection à haut débit des variants les plus efficaces pour l'activation de la CPA dans la levure, basé sur le principe du gène rapporteur, a été débutée, afin de pouvoir raffiner l'optimisation du P450 par un processus de mutagenèse aléatoire.

Dans les fours de raffinerie, l'efficacité du transfert énergétique vers le pétrole brut avant sa distillation est altérée par la formation d'un composé carboné dans les tubes, appelé coke. Cela conduit à l'augmentation des coûts de production et de maintenance, et exige une compréhension accrue ainsi qu'un meilleur contrôle de ce phénomène. Cet encrassement est de type chimique et induit par les fortes températures. Dans les fours de cette dimension, le transfert de chaleur s'effectue principalement par rayonnement des produits de combustion. Le flux radiatif net sur les surfaces d'échange des tubes dépend de la température de toutes les surfaces solides et a donc besoin d'être prédit avec une précision suffisante. La température sur les tubes est le résultat d'un équilibre entre le rayonnement thermique et la conduction. Le comportement thermique de l'ensemble du système est un problème de couplage entre le rayonnement et la conduction. Une méthodologie complète de couplage est exposée et validée de la manière suivante. Dans ce problème, la flamme est décrite par un modèle analytique axisymétrique avec chimie complexe. Le couplage avec la conduction dans les tubes est réalisé par l'utilisation d'une méthode aux ordonnées discrètes (DOM) avec un modèle spectral de type bandes étroites pour le rayonnement des gaz de combustion. Un bilan énergétique confirme que les transferts de chaleur sont dominés par le rayonnement thermique. Un bon accord avec les mesures disponibles sur un four réel montre que l'approche proposée est capable de prédire le rayonnement thermique. L'étape suivante consiste à coupler le calcul de la température du tube à une loi d'encrassement. Un modèle chimique simple est utilisé. Il est validé à l'aide d'une expérience de laboratoire. La comparaison entre les températures obtenues avec la simulation et celles mesurées par des sondes thermiques montre que la simulation est capable de capturer l'évolution de la température dans le tube avec précision. Enfin, un modèle d'encrassement pour la configuration réelle est trouvé puis appliqué dans une simulation couplée complète. Cette simulation montre un bon accord entre l'évolution de la température sur site et dans la simulation. Une analyse plus poussée est réalisée sur les profils de température, de flux radiatif et de dépôt de coke et montre l'impact de ce dépôt sur l'installation / In industrial refinery furnaces, the efficiency of the thermal transfer to heat crude oil before distillation is often altered by coke deposition inside the process pipes. This leads to increased production and maintenance costs, and requires better understanding and control. Crude oil fouling is a chemical reaction that is, at first order, thermally controlled. In such large furnaces, the predominant heat transfer process is thermal radiation by the hot combustion products, which directly heats the pipes. As radiation fluxes depend on temperature differences, the pipe surface temperature also plays an important role and needs to be predicted with sufficient accuracy. This temperature results from the energy balance between thermal radiation and conduction in the solid material of the pipe, meaning that the thermal behavior of the whole system is a coupled radiation-conduction problem. In this work, this problem is solved in a cylindrical furnace, using the Discrete Ordinate Method (DOM) with accurate spectral models for the radiation of combustion gases, described by a complex chemistry flame model, and coupled to heat conduction in the pipe to predict its wall temperature. An energy balance confirms that heat transfers are effectively dominated by thermal radiation. Good agreement with available measurements on a real furnace shows that the proposed approach is able to predict the heat transfer to the pipe. The method gives an accurate prediction of the radiative source term and temperature fields in the furnace and on the pipe surface, which are key parameters for liquid fouling inside the pipe. Although reasonably accurate results are obtained with simple models, they still can be easily improved by more sophisticated models for turbulence, combustion and radiation. The next step is to couple the calculation of the pipe temperature to a fouling law. Since exact composition of crude oil is not available, one needs to model coke deposition with simple fouling law. The idea is to model the deposition rate by a thermal resistance added to the heated pipe and allows to coupling the calculation of the pipe temperature to a fouling law. A simple chemical model is used, and validated against a labscale experiment, prior to apply it to a furnace configuration. Comparing the temperature obtained with the simulation to the temperature measured by thermal probes at selected locations shows that the simulation is able to capture the temperature variation at these points. It is shown that coking occurs when the temperature has remained high on both sides of the pipe for a sufficient length. We explain how to extract a fouling law in controlled condition when the deposit is induced by thermal stressing of the crude. Finally, the whole system, including radiation,conduction and deposition, is coupled. Results are compared to the real furnace and show relatively good agreement in terms of external skin pipe temperature prediction. This observation validates the methodology exposed in this script

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