Les méthodologies de conception des grappes de fonderie reposent fondamentalement sur l’analyse de l’énergie dégagée par le métal au cours de sa solidification. En effet, l’interprétation de ces transferts thermiques permet de calculer localement le temps de solidification et donc d’identifier les points chauds d’une pièce de fonderie. Dans le cas du moulage en sable, ces échanges thermiques sont bien connus et depuis longtemps modélisés (Chvorinov). Leur modélisation correspond à un moule thermiquement infini, c’est à dire que toute l’énergie dégagée par le métal lors de sa solidification est absorbée par le moule. En revanche, dans le cas d’une carapace ou d’une coquille, une partie de cette énergie est transmise à l’environnement via le moule ; ainsi la modélisation la plus adaptée sera donc celle considérant le moule comme un milieu thermiquement fini. Des manipulations de référence ont permis d’acquérir une bonne compréhension des mécanismes thermiques intervenant dans ce procédé de fonderie et mettent en évidence toute la complexité des échanges, à la fois internes et externes au moule (qui se produisent en simultané pendant la phase de solidification du métal). Ces manipulations ont permis par ailleurs, à l’aide de modèles statistiques, d’estimer les paramètres physiques qui sont difficilement accessibles du fait de leurs dépendances et des conditions de travail expérimentales (les échanges avec le milieu ambiant, le coefficient d’échange et le flux entre le métal et le moule). Ces valeurs issues d'expérimentations réalisées en condition réelles serviront à alimenter les bases de données matériaux utilisées en fonderie et dans les simulations numériques. La démarche et les modèles développés dans le cadre de ce travail de thèse permettent un calcul plus fiable qui servira au dimensionnement des masselottes dans le cas du procédé à cire perdue. A plus long terme, cette démarche pourrait être étendue à d’autres procédés de fonderie puisque la méthodologie développée sur du moulage à cire perdue sera transposable aux cas des moules à noyau, des moules métalliques ou autres procédés similaires. / Design casting methodologies are based on the analysis of the energy released by the metal during its solidification. Indeed, the knowledge of this heat transfer permits to faithfully predict local solidification time and to identify last solidified zones. In the case of sand casting, heat exchanges are well known and have been modeled for a long time (Chvorinov). The last, modelize "thermally infinite mold" so in this case whole metal energy threw solidification phase is absorbed by the mold. In contrary, for a shell, a portion of metal energy is transmitted to environment threw the shell, so in this case, the most appropriate model is "a thermally finished mold". Reference experimentations gives a good understanding of energy / thermal mechanisms involved in the casting process and highlight both internal and external shell thermal exchanges complexity (which occur simultaneously during solidification metal). These manipulations allow to use inverse method to estimate hardly measured parameters (such as external heat transfer coefficient or metal-mold interfacial heat transfer), and therefore to build reliable thermal parameters databases used in numerical simulations. Methodology and models developed in this study allow a reliable sizing feed calculation for investment casting. On the long-range, this knowledge could be applied to other foundry processes since the methodology developed on investment casting will be transposed to core molds, die-casting or other molds.

Le recours à la caractérisation des états hydrique, géométrique et physique de surface du sol est essentiel dans la gestion et la conservation des ressources naturelles dans les régions agricoles semi-aride. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse visent à estimer la variabilité spatio-temporelle des paramètres de surfaces agricoles nues (humidité, rugosité et texture) moyennant des données radars multi-temporelles acquises en bande X à haute résolution spatiale. Une nouvelle description de l'état géométrique des sols est d'abord proposée à travers l'estimation d'un nouveau paramètre de rugosité, le paramètre Zg, estimé en fonction de trois paramètres statistiques de rugosité (écart type des hauteurs "s", longueur de corrélation "l" et la forme de la fonction de corrélation). Les simulations des signaux radar montrent une très forte corrélation avec ce paramètre de rugosité. L'apport du paramètre Zg est confirmé à travers une large base de données expérimentale et spatiale acquises sur différents sites en France. Le deuxième volet de cette thèse présente une analyse des sensibilités des signaux radars issus de capteurs (TerraSAR-X et COSMO-SkyMed), aux paramètres de surface (l'humidité et les trois paramètres de rugosité : s, Zs=s2/l et Zg). Une forte corrélation est observée entre les mesures radars acquises à différentes configurations (polarisations HH et VV, et à 26° et 36°d'incidences) et tous les paramètres du sol. Cette analyse est suivie par des comparaisons des coefficients de rétrodiffusion réels et simulés à partir des modèles physique et semi empirique couramment utilisés : Modèle d'équation intégrale " IEM " de Fung et al., 1992, Modèle de Dubois (Dubois et al., 1995) et le Modèle IEM empiriquement calibré par Baghdadi et al., 2011. Le dernier modèle a montré une forte cohérence avec les mesures radar. Dans le troisième volet, une méthode empirique de détection de changement est développée, en combinant les images radars TerraSAR-X avec des données d'humidités ponctuelles dérivées du réseau des 7 capteurs repartis sur la zone d'étude en continue, pour spatialiser l'état hydrique du sol. La performance de l'algorithme proposé, est évaluée et validée sur de nombreuses parcelles de référence. La spatialisation de la teneur en argile des sols est déduite à partir du calcul de la moyenne des cartes de l'état hydrique du sol (une erreur quadratique moyenne équivalent à 108 g/kg). Pour cartographier la rugosité des sols, des relations empiriques reliant le signal radar aux paramètres de rugosité (Ecart type des hauteurs et le paramètre Zg) étaient élaborées. En inversant les mesures radars, les cartes de rugosité qui en résultent, ont permis de distinguer différents états de surface des sols (labourés, dégradés ou en jachère). Dans le dernier volet, un modèle d'estimation du bilan hydrique des sols agricoles nus " MHYSAN " qui simule l'évaporation et l'état hydrique surfacique est développé. Cette dernière partie souligne le potentiel de calibrer un modèle hydrologique des sols en assimilant les produits d'humidité radars. / The characterization of geometric, water and physical surface soil parameters for semi-arid regions is a key requirement for sustainable agricultural management and natural resources conservation. In this context, the current study aims to estimate the spatio-temporal variability of soil properties (soil moisture, roughness and texture) using multi-temporal X-band radar images acquired at high spatial resolution over bare agricultural site in Tunisia. In the first section of this work, a new roughness parameter was proposed; it was the Zg parameter which combines the three most commonly used soil parameters: root mean surface height "s", correlation length "l", and correlation function shape, into just one parameter. A strong correlation was observed between this new parameter and the radar backscattering simulations. The parameter Zg was validated using large database acquired at several agricultural sites in France. Secondly, the sensitivity of X-band TerraSAR-X and COSMO-SkyMed sensors to soil moisture and different roughness parameters (s, Zs=s2/l and Zg parameters) was analyzed. The radar measurements acquired at different configurations (HH and VV polarizations, incidence angles of 26° and 36°) were found to be highly sensitive to the various soil parameters of interest. After that, the performance of different physical and semi-empirical backscattering models (IEM, Baghdadi-calibrated IEM and Dubois models) is compared with SAR measurements. Considerable improvements in the IEM model performance were observed using the Baghdadi-calibrated version of this model. Thirdly, an empirical change detection approach was developed using TerraSAR-X data and ground auxiliary thetaprobe network measurements for the retrieval of surface soil moisture at a high spatial resolution. The accuracy of the soil moisture retrieval algorithm was determined, and validated successfully over numerous test fields. Maps of soil clay percentages at the studied site were derived from the mean of the seven soil moisture radar outputs (a root mean square error equal to 108 g/kg). To retrieve surface soil roughness, empirical expressions were established between backscattering TerraSAR-X coefficients data and the roughness parameters (s and Zg). By inversing radar signals, resulting surface roughness maps have revealed that is possible to use spatial roughness variability observations at plot scale to identify soil surface changes between multi-temporal images. Finally, a Bare Soil HYdrological balance Model "MHYSAN" was developed to estimate surface evaporation fluxes and soil moisture time series over our study site. The present section of this work highlighted the feasibility of calibrating our proposed MHYSAN model through the use of multi-temporal TerraSAR-X moisture products.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objet de ce travail a principalement consisté en l'étude et la mise en oeuvre d'une méthode de calcul des gradients des fonctions aérodynamiques par rapport à des paramètres géométriques pour un système aéroélastique soumis à un écoulement lointain stationnaire. Dans un premier temps, une méthodologie de calcul de l'équilibre aéroélastique statique a tout d'abord été développée. Dans ce cadre, le comportement du fluide peut être modélisé par les équations d'Euler ou par les équations de Navier-Stokes moyennées (RANS). Celles-ci sont numériquement résolues par elsA - code de simulation numérique pour la mécanique des fluides développé à l'ONERA. Le comportement de la structure est, quant à lui, prédit par la théorie des poutres et les équations d'Euler-Bernoulli. Le chargement aérodynamique est transmis à la structure par l'intermédiaire de la matrice des coefficients d'influence également appelée matrice de flexibilité. Seuls les efforts de torsion et de flexion sont transmis de manière consistante à la structure, dont seuls les mouvements induits de torsion et de flexion sont calculés sous l'hypothèse des petits déplacements. La déformation résultante sur le maillage du domaine fluide est prédite analytiquement par analogie avec la mécanique du solide. Enfin, le système aéroélastique couplé est résolu selon un processus itératif inspiré de la méthode du point fixe. Dans un deuxième temps, un cadre de calcul, pour le système aéroélastique décrit précédemment, des gradients des fonctions d'intérêt (objectif et contraintes) par rapport à un vecteur de paramètres géométriques de la forme solide a été mis en oeuvre. Les gradients peuvent être calculés par la méthode de l'équation linéarisée discrète ou par la méthode du vecteur adjoint discret. Ces méthodes reposent sur la résolution de systèmes linéaires couplés, effectuée, dans le cadre de cette étude, par un processus itératif doublement retardé. Pour finir, ces développements ont été appliqués au calcul des gradients des coefficients aérodynamiques de traînée et de portance par rapport à un ensemble de paramètres de forme pour trois configurations aérodynamiques de complexité croissante: équations d'Euler résolues sur un maillage multibloc coïncident, équations RANS résolues sur un maillage monobloc, et, finalement, équations RANS résolues sur un maillage multibloc non-coïncident. La validité des résultats a été établie par comparaison aux gradients calculés par différences finies. Une dernière partie du travail a été consacrée à l'évaluation des performances de quatre modèles réduits non physiques dans le cadre d'un processus d'optimisation de forme d'une configuration bidimensionnelle de turbomachine.

Dans cette étude, nous traitons un problème d'interpolation de données dans le plan ou dans l'espace. Ce problème se distingue des autres problèmes existants par le fait que les points sont obtenus progressivement, c'est-à-dire à un instant donné, seules sont connues les données jusqu'à cet instant. Les méthodes utilisées sont basées sur l'utilisation de splines récurrentes, i.e., chaque morceau de la spline à l'étape i (correspondant à l'information i) est calculé en fonction des morceaux précédents par un raccordement paramétrique ou géométrique. L'algorithme ainsi construit est régi par une relation de récurrence dont nous étudions la stabilité numérique. Les données ont été interpolées de deux manières différentes: ― par une fonction spline vectorielle: dans ce cas la stabilité est démontrée au moyen des paramètres de forme issus du raccordement géométrique entre les sections de la spline. Ainsi, nous avons donné un nouveau rôle aux paramètres de forme qui consiste à absorber les oscillations provenant du calcul itératif. ― par une représentation scalaire des données: chaque morceau de la spline appartient à un espace de dimension n, engendré par une famille de fonctions ayant certaines propriétés. On démontre que la stabilité est en fait obtenue par le choix même des fonctions de base de l'espace

Le sujet principal de cette thèse de doctorat est l'étude de diverses quantités reliées aux processus de fragmentation. Ces processus sont destinés à modéliser un objet de masse unité se fragmentant au cours du temps.<br />Ce travail comporte quatre chapitres. Le premier chapitre est consacré à l'étude de la dimension de Hausdorff de l'ensemble des points ayant une décroissance exponentielle dans une fragmentation homogène en intervalles. Dans le deuxième chapitre, on construit un processus de Markov auto-similaire qui généralise les fragmentations classiques autorisant en particulier la taille des descendants à être plus grande que celle de leurs parents. On établit ensuite certains théorèmes limites en utilisant la théorie des processus auto-similaires. Dans le troisième chapitre, on s'intéresse à un problème statistique provenant de l'industrie minière avec l'estimation statistique de la mesure de Lévy du subordinateur classiquement associé à la fragmentation. Plus précisément, on observe les fragments seulement à l'instant où ils atteignent une taille inférieure à un seuil fixé. Enfin, dans un quatrième chapitre on étudie le coût énergétique d'une succession de fragmentations.

Dans ce travail, les potentialités du détecteur ATLAS pour l'identification des jets issus de quark beau sont étudiées. L'étiquetage topologique, basé sur le paramètre d'impact des traces chargées, est utilisé. Une bonne identification de ces jets sera très précieuse au LHC, en particulier durant les premières années de fonctionnement pour mettre en évidence le cas échéant un boson de Higgs d'une masse comprise entre 80 GeV/c2 et 120 GeV/c2. Pour évaluer les performances dans ce domaine, un algorithme de recherche et reconstruction des traces chargées exploitant la simulation détaillée du détecteur interne d'ATLAS a été réalisé. La recherche est initiée dans les détecteurs à pixels. L'efficacité et la qualité de reconstruction assurent une bonne discrimination entre les jets b et les autres jets. Après simulation complète et reconstruction d'événements H->bbbar, H->gg, H->uubar, H->ssbar et H->ccbar (mH = 100 GeV/c2), les réjections moyennes des jets non-b pour une efficacité d'étiqueter les jets b de 50% sont: Rg = 39+-5 Ru = 60+-9 Rs = 38+-5 Rc = 9+-1 Les résultats de l'analyse des données prises lors de tests en faisceau des premiers prototypes de matrices de détecteurs à pixels en technologie résistante aux radiations justifient les potentialités de ce type de détecteur pour la recherche de traces et la mesure précise de leur paramètre d'impact.

L'évolution des pratiques agricoles vers des systèmes moins intensifs nécessite d'évaluer rapidement la capacité des nouvelles variétés à valoriser ces systèmes pour des conditions pédoclimatiques variées. Les expérimentations traditionnellement réalisées dans cet objectif offrent une réponse souvent partielle, car les gammes explorées sont limitées par rapport à celles rencontrées dans la pratique agricole, et trop lente par rapport au renouvellement rapide des variétés en blé tendre. Pour accélérer cette étape d'évaluation des variétés, il est possible de s'appuyer sur de nouveaux types d'outils prévisionnels. Le travail présenté ici a pour objectif d'étudier la possibilité d'utiliser un modèle de culture pour analyser et prévoir le comportement variétal, dans une gamme d'environnements variés, pour des variétés existantes ou à créer. Nous nous sommes interrogés sur les adaptations nécessaires de ces outils pour prendre en compte le comportement variétal et nous avons proposé des pistes d'évaluation de la capacité de tels outils à choisir la variété la mieux adaptée aux conditions du milieu considéré. Les concepts et formalismes développés dans les modèles de culture en font des outils a priori pertinents pour l'évaluation et la prédiction du comportement variétal, les interactions entre la culture et le milieu étant simulées. Cependant, peu d'études se sont attachées à proposer des méthodologies d'estimation des paramètres génotypiques et d'évaluation de la capacité des modèles ajustés à rendre compte du comportement variétal. A partir d'un exemple de modèle de culture, Azodyn, intégrant dans son formalisme l'élaboration du rendement et de la teneur en protéines des grains, ainsi que les différents processus d'absorption et de transfert d'azote dans le système Sol-Plante, nous avons proposé une méthodologie d'identification et d'ajustement des paramètres génotypiques des modèles de culture, ainsi que différents critères d'évaluation de la capacité de ces modèles à rendre compte du comportement variétal. Nous avons dans un premier temps identifié, parmi tous les paramètres du modèle, ceux qui variaient en fonction du génotype, à partir d'expérimentations spécifiques, des acquis de la littérature et des connaissances d'experts. Nous avons identifié trois paramètres et trois variables d'entrée du modèle, variables entre génotypes, et susceptibles de représenter des marqueurs du comportement facilement accessibles aux différents utilisateurs de variétés. Les paramètres du modèle ont été ajustés pour un ensemble de quatorze génotypes par mesure directe de la valeur du paramètre dans des expérimentations spécifiques. Les effets des différents paramètres et variables d'entrée génotypiques sur les variations de la teneur en protéines des grains et du rendement ont été estimés par une analyse de sensibilité du modèle. Cette approche nous a permis d'identifier les principaux facteurs d'adaptation des variétés aux environnements, à savoir le poids de mille grains, les précocités à montaison et à floraison, et la capacité à fabriquer un nombre de grains élevé. Aucun paramètre spécifique à la nutrition azotée n'est apparu comme déterminant des sorties. Nous avons ensuite évalué la capacité du modèle à rendre compte du comportement des différents génotypes expérimentés sur 21 environnements, variant par la nature et l'intensité de facteurs limitants du rendement. Nous avons montré que, sur la base de ce faible nombre de paramètres variétaux, il était possible de rendre compte des niveaux moyens de rendements et de teneurs en protéines des grains des différents génotypes, pour des environnements variés. Nous avons également montré que le modèle de culture était un outil pertinent de prédiction du comportement des génotypes, que l'on s'intéresse à la stabilité des différents génotypes ou à leur classement pour différentes conditions de culture.

Le thème de nos travaux porte sur la statistique des processus à longue mémoire, pour lesquels nous proposons et validons des outils statistiques issus de l'analyse par ondelettes. Ces dernières années ces méthodes pour estimer le paramètre de mémoire sont devenues très populaires. Cependant, les résultats théoriques validant rigoureusement les estimateurs pour les modèles semi paramétriques classiques à longue mémoire sont récents (cf. les articles de E. Moulines, F. Roueff et M. Taqqu depuis 2007). Les résultats que nous proposons dans cette thèse s'inscrivent directement dans le prolongement de ces travaux. Nous avons proposé une procédure de test pour détecter des ruptures sur la densité spectrale généralisée. Dans le domaine des ondelettes, le test devient un test de ruptures sur la variance des coefficients d'ondelettes. Nous avons ensuite développé un algorithme de calcul rapide de la matrice de covariance des coefficients d'ondelettes. Deux applications de cet algorithme sont proposées , d'une part pour l'estimation de d et d'autre part pour améliorer le test proposé dans le chapitre précédent. Pour finir, nous avons étudié les estimateurs robustes robustes du paramètre de mémoire d dans le domaine des ondelettes. en se basant sur trois estimateurs de la variance des coefficients d'ondelettes à une échelle. La contribution majeure de ce chapitre est le théorème central limite obtenu pour les trois estimateurs de d dans le cadre des processus gaussiens M(d).

Utilisés dans de nombreux domaines d'applications, les ultrasons se révèlent être sensibles aux propriétés visco-élastiques des milieux traversés. L'investigation spatiale et temporelle des propriétés visco-élastiques des matériaux par méthodes ultrasonores permet notamment le contrôle de l'intégrité de structures ainsi que le suivi de processus. Un dispositif auto-calibrée en émission-réception, basé sur l'application du principe de réciprocité, a été développé pour la mesure du paramètre non linéaire B/A. Cette mesure repose sur une étude harmonique des signaux ultrasonores se propageant dans le milieu. L'instrumentation ultrasonore mise en oeuvre a été choisie pour assurer une mesure rapide en émission-réception du paramètre B/A imposant un choix technologique spécifique. L'évolution au cours du temps des paramètres acoustiques dans les matériaux de type sol-gel fait apparaître un temps caractéristique lié à la structuration du matériau (gélification). Les temps de gélification extraits des mesures permettent de retrouver la loi d'Arrhenius cohérente avec celle obtenue par des méthodes rhéologiques conventionnelles. Une image du paramètre non linéaire a été réalisée sur un fantôme contenant deux fluides non miscibles (eau et huile de silicone). A travers ces deux applications, nous montrons l'efficacité du système de mesure du paramètre non linéaire dans le cadre du suivi d'un matériau en évolution ainsi qu'en imagerie.