Cette thèse, réalisée en partenariat avec deux industriels, a pour objectif de mettre au point une voie de valorisation matière des résines phénoplastes (bakélite) issues de gisement de déchets plastiques. En effet, ce type de résine (thermodurcissable) n’est pour l’instant pas valorisé en fin de vie et finit en enfouissement. Pour répondre aux attentes législatives (directive DEEE, mais aussi VHU dans l’automobile), qui imposent un quota de recyclage (réutilisation et valorisation matière) et de valorisation énergétique minimum pour les déchets en fin de vie, il parait important de développer des procédés de régénération de ces plastiques ainsi que de trouver des domaines d’application pour leur utilisation en tant que matière première secondaire.Enedis, dans le cadre du déploiement de ces nouveaux compteurs électriques, collecte les anciens compteurs et équipements installés et cherche une solution de recyclage adaptée. Une partie de ce gisement important de déchets est constituée de plastiques de tous types en mélange, et en particulier de bakélite. Le travail de cette thèse s’est concentré sur le traitement et la régénération de ce gisement.Dans un premier temps, un schéma de démantèlement et de tri de ce gisement varié a été mis en place. Il est basé sur une étude des matières présentes dans le gisement, en particulier plastiques. La présence d’additifs est également évaluée, en particulier celle de substances contrôlées comme les retardateurs de flamme halogénés, le cadmium, etc. L’objectif était d’optimiser le procédé de séparation des matières en vue d’obtenir des gisements de matières régénérées de pureté suffisante pour le réemploi, tout en limitant la présence d’additifs contrôlés pour respecter les concentrations maximales légales.Pour valoriser les résines phénoplastes issues de ce gisement, la voie envisagée consiste à réutiliser cette matière sous forme de charges incorporées au sein de matrices thermoplastiques (éventuellement régénérées). Pour ce faire, une étude de la transformation de la bakélite par broyage pour obtenir un produit de granulométrie très fine (micronisation) a été réalisée. La distribution granulométrique, la morphologie et son état physico-chimique de surface ont été évaluées en fonction des paramètres du procédé. Après incorporation à différents taux de charge dans des matrices thermoplastiques, les propriétés mécaniques en quasi-statique et dynamique des composites ont été évaluées. La fonctionnalisation des charges/matrices et l’incorporation d’agents compatibilisants ont permis d’améliorer la cohésion des interfaces. Une modélisation par homogénéisation a été réalisée pour rendre compte de l’influence des différentes variables sur la tenue mécanique des composites.Le comportement au feu des composites formulés a également été étudié. Du fait de la stabilité thermique élevée de la bakélite et du taux de char important formé lors de sa combustion, il est envisagé d’utiliser les charges phénoplastes comme donneur de carbone dans la formulation d’un système retardateur de flamme intumescent. Des additifs appropriés, comme une source d’acide et un agent gonflant, seront évalués pour la formulation du système. / The main goal of this PhD project, born from a partnership between EMA, APR2 and Enedis, was to develop a material recycling solution for phenolic molding compound (PMC, or Bakelite). Indeed, these types of thermoset material are hardly valorized and end up in landfill, mostly because of the lack of technically and economically viable solutions for recycling.Phenolic molding compound material are present in large amount in End of Life (EOL) electrical meter waste stream. Therefore, Enedis committed to find a valorisation scheme for these materials. This PhD work is aimed to develop a recycling process for PMC issued from this waste stream.Firstly, a dismantlement and sorting scheme was designed. It is based on the study of the waste stream material composition – in particular the plastic stream. The presence of regulated substances (such as halogenated flame retardant, etc.) in plastic formulations was assessed. The objective was to optimize the separation process to recover materials with a high degree of purity.The proposed recycling solution consists in using the PMC as a functional filler in a thermoplastic matrix. To do so, a comminution scheme was developed to reduce the size of the PMC part. The particle size distribution, morphology and surface chemistry of the obtained products were characterized. Quasi-static and dynamic mechanical properties of composite materials incorporating micronized PMC were determined. Various coupling schemes were studied in order to increase the adhesion between filler and matrix. The mechanical behaviour of the composite materials was also modelized using finite element methods.The fire behaviour of the composite material incorporating PMC filler was also studied. Because of the high thermal stability and high char yield of phenolic molding compound, its potential use as a carbon donor in intumescent flame retardant formulations was finally assessed.

Le transport routier est responsable d’une part des émissions de particules fines, notamment dans les grandes agglomérations. Celles-ci ayant des répercussions graves sur la santé humaine et l’environnement, des normes d’émissions des véhicules de plus en plus strictes sont mises en place. Des limites en nombre de particules sont imposées et une obligation de connaitre l’état de santé des organes de post-traitement des gaz d’échappement est également entrée en vigueur (On-Board Diagnostic : OBD).Les capteurs résistifs ont montré de bons résultats pour la mesure de la concentration massique des particules et ont l’avantage d’être simples à mettre en oeuvre, robustes et peu onéreux. Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur la mesure de la conductance entre des électrodes de platine. Celle-ci augmente avec le dépôt de suies.L’objectif de ce travail de thèse est de parvenir à déterminer les paramètres clés qui affectent la réponse du capteur. Trois flux de suies présentant des distributions en taille différentes ont été sélectionnés et caractérisés. Un quatrième flux de suies a permis d’appréhender l’impact d’une concentration massique inférieure. La réponse du capteur à ces différents flux de suies a été étudiée. Nous avons montré que la sensibilité et le temps de réponse du capteur sont optimaux pour une tension de polarisation donnée entre les deux électrodes dont la valeur dépend de la distribution en taille des suies. Ce phénomène a été expliqué par les propriétés électriques différentes des suies et modélisé par un équilibre entre accumulation et combustion par effet Joule des suies déposées permettant de simuler la réponse temporelle du capteur. / Road transport contributes to a part of the particulate matter emissions, especially in big cities. Due to the negative effect of these pollutants on the human health and environment, more and more stringent emission standards for automotive are applied. These emissions are now limited in number of particles per kilometer and the vehicle need to indicate when there is some failure of the systems of depollution (OBD: On-Board diagnostic).Resistive sensors have shown good results to measure soot particles mass concentration. They have advantage of being a simple and robust technology that can be easily manufactured at a cheap price. The sensor principle consists of conductance measurement between two platinum electrodes. Conductance increases with soot deposition. This work aims to define the key parameters that affect the sensors response. Three particles flow with different particles size distributions (centered at 90, 70 and 50 nm) were used and characterized. A fourth flow was used to see the impact of a lower mass concentration. The sensor response exposed to these different flows was studied. It was shown that the sensor sensibility and response times are optimal for a given polarization voltage between the electrodes whose value depends on the size distribution. This phenomenon was explained by the different electrical properties of the soot particles and modeled by equilibrium of soot accumulation and their combustion by Joule heating that permitting to simulate the sensor temporal response.

Cette thèse s’inscrit dans la thématique d’évaluation des ouvrages par des méthodes nondestructives. Le double objectif est de développer un code permettant d’effectuer au choixl’identification de paramètres par analyse inverse en utilisant un algorithme méta heuristique, ou dedéfinir une métrologie optimale (nombre de capteurs, positions, qualité) sur une structure, en vued’une identification de paramètres. Nous avons développé un code permettant de répondre à cesdeux objectifs. Il intègre des mesures in situ, un modèle mécanique aux éléments finis de lastructure étudiée et un algorithme d’optimisation méta heuristique appelé algorithme d’optimisationpar essaim particulaire. Ce code a d’abord été utilisé afin de caractériser l’influence de la métrologiesur l’identification de paramètres par analyse inverse, puis, en phase expérimentale, nous avonstravaillé sur des problèmes d’interactions sol structure. Un travail a également été réalisé surl’identification et la caractérisation de défauts par sollicitations au marteau d’impact. Enfin unexemple d’optimisation de métrologie (nombre de capteurs, positions et qualité) a été réalisé enutilisant le code original adapté pour cette étude. / This thesis deals with non-destructive evaluation in civil engineering. The objective is of two-fold:developing a code that will identify mechanical parameters by inverse analysis using a metaheuristicalgorithm, and developing another code to optimize the sensors placement (with respect tothe number and quality of the sensors) in order to identify mechanical parameters with the bestaccuracy. Our code integrates field data, a finite element model of the studying structure and aparticle swarm optimization algorithm to answer those two objectives. This code was firstly used tofocus on how the sensors placement, the number of used sensors, and their quality impact theaccuracy of parameters’ identification. Then, an application on a soil structure interaction wasconducted. Several tests to identify and characterize defaults using an impact hammer were alsocarried on. The last application focused on the optimization of the metrology in order to identifymechanical parameters with the best accuracy. This last work highlights the possibilities of theseresearches for structural health monitoring applications in civil engineering project.

Les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination des micropolluants minéraux et organiques dans l’environnement. De nombreux composés émergents ne sont pas totalement éliminés des eaux usées et sont transférés aux boues par sorption du fait de leurs propriétés physico-chimiques. Parmi ces composés, les résidus de médicaments doivent être suivis car ils peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetés dans l’environnement. L’épandage des boues stabilisées sur les sols étant le procédé de valorisation le plus employé en France, le choix du traitement des boues en amont, permettant de réduire au maximum la dissémination des micropolluants constitue une question scientifique et technique fondamentale. Dans ce travail, le devenir de micropolluants métalliques (cadmium et cuivre) et de plusieurs médicaments (carbamazépine, ciprofloxacine, sulfaméthoxazole, acide salicylique, ibuprofène, paracétamol, diclofénac, kétoprofène, éconazole, aténolol et propranolol) a été étudié pour différents lots de boues urbaines (avec ou sans traitement par ozonation) et aussi de manière originale sur des boues provenant exclusivement du traitement d’effluents hospitaliers (station de SIPIBEL), au cours de leur traitement (épaississement puis stabilisation par compostage, chaulage ou digestion anaérobie). La méthodologie proposée a reposé sur la mise en relation : d’une part des coefficients de répartition de ces micropolluants entre les fractions soluble et particulaire (Kdsorption) dans la boue après chaque traitement de stabilisation ainsi que de leur potentiel de désorption (Kdésorption) avec d’autre part les propriétés des micropolluants et les caractéristiques des boues (composition biochimique et groupements fonctionnels). Cette mise en relation a abouti, grâce à une analyse statistique de type PLS à la proposition de modèles permettant de prédire les valeurs de Kdsorption et Kdésorption. Il a ainsi pu être démontré que le pH des boues ainsi que les groupements fonctionnels de type phosphorique dans la phase soluble et de type amine/hydroxyle dans la fraction particulaire des boues avaient une influence majeure sur le comportement de sorption des micropolluants organiques, de même que la masse molaire et la solubilité de ces derniers. D’autre part, ce travail a permis de montrer que l’ozonation des boues en amont des traitements de stabilisation s’est avérée efficace car elle a permis d’éliminer huit composés pharmaceutiques sur les onze étudiés. Pour tous les lots de boues, le sulfaméthoxazole a été biodégradé au cours de la digestion anaérobie. Les tests de désorption en batch effectués sur les boues après chaulage et digestion ont montré que les micropolluants dans les boues chaulées ont tendance à être plus facilement relargués qu’après digestion anaérobie. Enfin, l’étude de la disponibilité des micropolluants lors de l’épandage des différents lots de boues urbaines et hospitalières stabilisées sur des colonnes de sol à l’échelle du laboratoire a montré que l’ibuprofène, l’acide salicylique, le diclofénac et le paracétamol étaient les seuls composés détectés dans les phases lixiviées des sols amendés, ce qui traduit une faible mobilité des autres composés dans le sol. / Wastewater treatment plants represent the main transfer pathways for micropollutants to enter the environment. Emerging contaminants are not totally eliminated and are transferred to the sludge by sorption process due to their physico-chemical properties. Among them, pharmaceutical compounds are of a great concern because of their potential adverse effects to ecosystems. As sludge landspreading is the main process of valorization employed in France, the choice of the kind of sludge stabilization treatment able to reduce the amount of micropollutants is crucial. In this work, the fate of trace metallic elements (cadmium and copper) and pharmaceutical compounds (carbamazepine, ciprofloxacin, sulfamethoxazole, salicylic acid, ibuprofen, paracetamol, diclofenac, ketoprofen, econazole, atenolol and propranolol) has been investigated in sludge from different origins: urban (with and without ozone oxidation treatment) and hospital, during their treatment (thickening and stabilization by composting, liming or anaerobic digestion). The methodology developed in this work consisted in connecting the partition coefficients of micropollutants (between the soluble and particulate fractions of sludge, Kdsorption) and their desorption potential (Kdesorption) with micropollutants physico-chemical properties and sludge characteristics (biochemical composition and functional groups). Statistical analysis leads to the determination of models able to predict Kdsorption and Kdesorption. Molecular weight and solubility of pharmaceutical compounds, sludge’s pH, phosphoric functional groups in the soluble phase and amine/hydroxyl groups in the particulate fraction of sludge had the main impact on the sorption behavior. Moreover the oxidation of sludge with ozone before stabilization was efficient to eliminate eight from eleven organic compounds. For all sludge samples, sulfamethoxazole was biodegraded during anaerobic digestion. Batch desorption tests showed that micropollutants were more easily desorbed in limed sludge compared to digested sludge. Finally, the study of micropollutants availability during stabilized urban and hospital sludge landspreading on laboratory soil columns revealed that ibuprofen, salicylic acid, diclofenac and paracetamol were the only compounds present in leachates. This means that the other pharmaceutical compounds exhibited a lower mobility in soil.

Le travail effectué au cours de cette thèse s'inscrit au sein du projet ANR Mascaret, dont l'objectif est la compréhension du phénomène de mascaret, l'étude de ses conséquences sur l'environnement et sa sensibilité aux modifications de cet environnement. La contribution de cette thèse s'inscrit uniquement dans la partie numérique de ce projet. Seul l'aspect transport sédimentaire causé par le mascaret sera abordé. Le but est de construire un modèle numérique de transport sédimentaire général qui pourra notamment s'appliquer au cas du mascaret. Trois méthodes numériques sont explorées, une première permettant le suivi individuel des grains sédimentaires et deux autres permettant de suivre l'évolution de la concentration en grains au sein de l'écoulement. La première méthode considérera les plus petites échelles et sera appelée méthode tracker et consistera en un suivi individuel des grains sédimentaires. La seconde méthode, dite méthode particulaire, portera sur des échelles plus larges et le transport d'une concentration locale en grains sédimentaires. Enfin, la troisième méthode, que l'on appellera méthode des moments, s'intéressera aux échelles les plus larges en transportant un nuage de particules sédimentaires dans son ensemble grâce à une seule particule numérique caractérisée par les moments de sa distribution en concentration interne. Ceci permettra de caractériser le transport sédimentaire de manière locale qui se produit lors du passage d'un mascaret. Deux mascarets ondulés de nombre de Froude proches seront étudiés. Il sera notamment montré que le nombre de Froude n'est pas un critère permettant de caractériser le transport sédimentaire induit par les mascarets. / The work performed during this thesis is a part of the Mascaret ANR project, which aims to understand the phenomenon of tidal bore, the study of its impact on the environment and its sensitivity to changes in that environment. The contribution of this thesis lies solely in the numerical part of this project. Only the sediment transport caused by the tidal bore is discussed. The goal is to build a generic numerical model of sediment transport which can therefore be applied to the specific case of tidal bores. Three methods are explored, a first for individual tracking of sediment grains and two to model the concentration of grains in the flow. The first method considers the smallest scales and will be called tracking method and consists of individual tracking of sediment grains. The second method, called particle method, focuses on larger scales and the transport of local concentration of sedimentary grains. The third method, which we call moments method, will focus on the largest scales, carrying a cloud of sediment grains as a whole using a single numerical particle characterized by the moments of its internal concentration distribution. This will characterize the local sediment transport process occurring during the passage of a tidal bore. Two undulating bores will be studied whose Froude numbers are close. It will be shown in particular that the Froude number is not a criterion to deduce the intensity of the induced tidal bores sediment transport.

Quarante ans après la découverte de la circulation hydrothermale profonde, les processus chimiques se produisant dans le mélange entre le fluide hydrothermal et l’eau de mer restent mal contraints. Ce travail de thèse, dont l’originalité repose sur l’utilisation systématique de la filtration in situ, présente le partitionnement effectif des éléments métalliques majeurs (principalement Fe, Cu, Zn, Ba et Ca) entre les phases dissoutes (< 0,45 μm) et particulaire (> 0,45 μm) dans le mélange précoce-intermédiaire de plusieurs fumeurs du champ hydrothermal Lucky Strike (37°N, MAR). Le comportement et la spéciation du Cu dans la fraction dissoute sont ensuite explorés plus en détail par le biais de compétitions de ligands et de mesures voltamétriques. Nos résultats démontrent en premier lieu l’importance de la filtration in situ pour s’affranchir des biais induits par le prolongement des réactions de précipitation ou de redissolution pouvant se produire lors de la remontée des échantillons. L’examen des fluides collectés à différentes reprises et sur une large panoplie de fumeurs (240 échantillons) démontre une variabilité spatiale des signatures chimiques le long de l'axe est-ouest du champ hydrothermal. Parmi les métaux étudiés, Fe, Ca et Ba sont principalement mesurés sous forme dissoute tandis que Cu et Zn sont majoritairement particulaires. Dans le mélange initital (50‒150°C, dMn > 50 μM), le pool de particules est dominé par de la sphalérite (ou wurtzite) et de la chalcopyrite, avec généralement moins de pyrite. Dans cette zone, les changements chimiques semblent cinétiquement limités et les fluides échantillonnés présentent une signature chimique proche de celle du fluide pur. Cependant, à mesure que le fluide hydrothermal se mélange à l'eau de mer (4‒50°C, dMn < 50 μm), le partitionnement de certains métaux alcalins et alcalinoterreux (Ca, Ba, Mg et Sr) entre les deux phases est profondément affecté par la précipitation de sulfates. Contrairement aux prédictions thermodynamiques, la précipitation d’anhydrite, de barite et potentiellement de caminite est observée dans la partie relativement froide du mélange (4-50°C). L’augmentation importante du pH dans cette zone conduit également à l’initiation de la précipitation d’oxydes de Fe. Enfin, dans la phase dissoute, les ligands du Cu semblent être principalement des sulfures inorganiques issus du fluide hydrothermal. / Forty years after the discovery of deep hydrothermal circulation, chemical processes occurring in the early mixing between hydrothermal vent fluids and deep seawater are still not fully constrained. This thesis, whose the originality lies on the systematic use of in situ filtration, report on the partitioning of major metals (mainly Fe, Cu, Zn, Ba and Ca) between the dissolved (< 0.45 μm) and particulate (> 0.45 μm) phases in the early mixing of several black and clear smokers from the Lucky Strike vent field (37°N, MAR). The behavior and the speciation of Cu in the dissolved fraction are then deeper explored by performing ligands competition and voltammetric measurements. Our results first demonstrate the importance of the in situ filtration to restrict the bias induced by precipitation reactions or particles redissolution potentially occurring postsampling.The examination of the fluids collected at several occasions and on a wide range of smokers (240 samples) shows a spatial variability of chemical signatures along the east-west axis of the hydrothermal field. Among metals studied, most of Fe, Ca and Ba are measured as dissolved species whereas Cu and Zn are mainly found as particles. In the initial part of the mixing (50-150°C, dMn > 50 μM), the particulate pool is dominated by sphalerite (or wurtzite) and chalcopyrite, with generally lower amount of pyrite. In this zone, chemical changes seem kinetically limited and fluids collected display a chemical signature close to that of the end-members. However, as the hydrothermal fluid progressively mixes with seawater (4-50°C, dMn < 50 μm), the partitioning of some alkali and alkaline earth metals (Ca, Ba, Mg and Sr) between the two phases is deeply affected by precipitation of sulfates. Unlike thermodynamic predictions, precipitation of anhydrite, barite and potentially caminite is observed in the colder part of the mixing (4-50°C). The large increase of pH in this area also drives the beginning of Fe oxides precipitation. Finally, the dissolved Cu-ligands detected seem to be mainly inorganic sulfides originating from the hydrothermal fluid.

Les systèmes côtiers pélagiques sont caractérisés par de multiples apports de matière organique particulaire (MOP) d’origine autochtone (phytoplancton) ou allochtone (continentale, benthique) dont la variabilité spatiale et temporelle peut être forte. L’objectif de ma thèse était 1) de quantifier la composition de la MOP des systèmes côtiers pélagiques, 2) de déterminer les forçages à sa dynamique spatio-temporelle et 3) d’investiguer le lien entre bactéries et composition de la MOP. Cette étude a été menée sur douze systèmes (estuaire, lagune, rias, baies, littoraux) distribués sur les trois façades maritimes françaises, en combinant rapports isotopiques et élémentaires (composition), acides gras (lien MOP-bactéries) et statistiques multivariées (forçages).A l’échelle multi-systémique et/ou intra-systémique, deux grands gradients sont observés :- un gradient côte (plus forte contribution continentale et benthique) – large (MOP phytoplanctonique), principalement lié à l’hydrodynamique sédimentaire (débits des fleuves, remise en suspension du matériel benthique) et à la proximité des sources allochtones- un gradient Sud (présence de MOP issue de la diazotrophie) – Nord (absence de cette MOP), en lien avec le statut trophique (oligo vs méso/eutrophie) des systèmes.La saisonnalité de la dynamique temporelle de la composition de la MOP est fortement variable selon les sites. Elle est généralement plus forte près de la côte et plus faible au large et en zone amont de l’estuaire étudié. Cette dynamique est également reliée à l’hydrodynamique sédimentaire.Enfin, l’étude a révélé que la biomasse bactérienne est principalement associée à la MOP continentale et benthique. / Pelagic coastal systems are characterized by multiple inputs of particulate organic matter (POM) from autochthonous (phytoplankton) and allochthonous (continental, benthic) origin whose spatial and temporal variability can be high. The aims of my PhD were to 1) quantify POM composition in pelagic coastal systems, 2) determine the forcings to its spatio-temporal dynamics and 3) investigate the link between bacteria and POM composition. This study was conducted on twelve systems (estuary, lagoon, bays, rias, littoral) distributed over the three maritime facades of France by combining the use of elemental and isotopic ratios (composition), fatty acids (POM-bacteria link) and multivariate analysis (forcings).At multi-systems and/or intra-system scale, two main gradients are observed:- an inshore (higher continental and benthic contribution) - offshore gradient (phytoplanktonic POM) mainly related to hydrodynamics and sedimentary hydrodynamics (river flow, resuspension of benthic material) and to the proximity to allochthonous sources- a South (POM related to diazotrophy) – North (absence of this POM) gradient, associated to the trophic status (oligo vs meso/eutrophy) of the studied systems.The seasonality of spatio-temporal dynamics of POM composition is highly variable depending on the station. It is in general higher near the coast and lower offshore and upstream in the studied estuary. This dynamic is also strongly associated to sedimentary hydrodynamics.Finally, this study highlight that bacterial biomass is mainly associated to continental and benthic POM.

Cette thèse s’intéresse au problème de l’inférence bayésienne dans les modèles probabilistes dynamiques. Plus précisément nous nous focalisons sur les méthodes de Monte Carlo pour l’intégration. Nous revisitons tout d’abord le mécanisme d’échantillonnage d’importance avec rééchantillonnage, puis son extension au cadre dynamique connue sous le nom de filtrage particulaire, pour enfin conclure nos travaux par une application à la poursuite multi-cibles.En premier lieu nous partons du problème de l’estimation d’un moment suivant une loi de probabilité, connue à une constante près, par une méthode de Monte Carlo. Tout d’abord,nous proposons un nouvel estimateur apparenté à l’estimateur d’échantillonnage d’importance normalisé mais utilisant deux lois de proposition différentes au lieu d’une seule. Ensuite,nous revisitons le mécanisme d’échantillonnage d’importance avec rééchantillonnage dans son ensemble afin de produire des tirages Monte Carlo indépendants, contrairement au mécanisme usuel, et nous construisons ainsi deux nouveaux estimateurs.Dans un second temps nous nous intéressons à l’aspect dynamique lié au problème d’inférence bayésienne séquentielle. Nous adaptons alors dans ce contexte notre nouvelle technique de rééchantillonnage indépendant développée précédemment dans un cadre statique.Ceci produit le mécanisme de filtrage particulaire avec rééchantillonnage indépendant, que nous interprétons comme cas particulier de filtrage particulaire auxiliaire. En raison du coût supplémentaire en tirages requis par cette technique, nous proposons ensuite une procédure de rééchantillonnage semi-indépendant permettant de le contrôler.En dernier lieu, nous considérons une application de poursuite multi-cibles dans un réseau de capteurs utilisant un nouveau modèle bayésien, et analysons empiriquement les résultats donnés dans cette application par notre nouvel algorithme de filtrage particulaire ainsi qu’un algorithme de Monte Carlo par Chaînes de Markov séquentiel / This thesis deals with integration calculus in the context of Bayesian inference and Bayesian statistical filtering. More precisely, we focus on Monte Carlo integration methods. We first revisit the importance sampling with resampling mechanism, then its extension to the dynamic setting known as particle filtering, and finally conclude our work with a multi-target tracking application. Firstly, we consider the problem of estimating some moment of a probability density, known up to a constant, via Monte Carlo methodology. We start by proposing a new estimator affiliated with the normalized importance sampling estimator but using two proposition densities rather than a single one. We then revisit the importance sampling with resampling mechanism as a whole in order to produce Monte Carlo samples that are independent, contrary to the classical mechanism, which enables us to develop two new estimators. Secondly, we consider the dynamic aspect in the framework of sequential Bayesian inference. We thus adapt to this framework our new independent resampling technique, previously developed in a static setting. This yields the particle filtering with independent resampling mechanism, which we reinterpret as a special case of auxiliary particle filtering. Because of the increased cost required by this technique, we next propose a semi independent resampling procedure which enables to control this additional cost. Lastly, we consider an application of multi-target tracking within a sensor network using a new Bayesian model, and empirically analyze the results from our new particle filtering algorithm as well as a sequential Markov Chain Monte Carlo algorithm

Au cours de cette thèse, le problème général de la conception de méthodes couplées de contrôle et d'estimation pour des systèmes dynamiques non linéaires a été étudié. La cible principale était la navigation par corrélation de terrain (TAN en anglais), où le problème était de guider et d’estimer la position 3D d’un drone survolant une zone connue. Dans cette application, on suppose que les seules données disponibles sont la vitesse du système, une mesure de la différence entre l'altitude absolue du drone et l'altitude du sol survolé et une carte du sol. La TAN est un bon exemple d'application non linéaire dans laquelle le principe de séparation ne peut pas être appliqué. En réalité, la qualité des observations dépend du contrôle et plus précisément de la zone survolée par le drone. Par conséquent, il existe un besoin de méthodes couplées d'estimation et de contrôle. Il est à noter que le problème d'estimation créé par TAN est en soi difficile à analyser et à résoudre. En particulier, les sujets suivants ont été traités:• Conception d'observateur non linéaire et commande en retour de sortie pour la TAN avec des cartes au terrain analytiquesdans un cadre déterministe à temps continu.• La modélisation conjointe du filtrage optimal non linéaire et du contrôle optimal stochastique en temps discretavec des informations imparfaites.• la conception de schémas de contrôle prédictif stochastique duaux associés à un filtre particulaire et leur implémentation numérique pour la TAN. / During this PhD, the general problem of designing coupled control and estimation methods for nonlinear dynamical systems has been investigated. The main target application was terrain-aided navigation (TAN), where the problem is to guide and estimate the 3D position of a drone flying over a known area. In this application, it is assumed that the only available data are the speed of the system, a measurement of the difference between the absolute altitude of the drone and the altitude of the ground flied over and a map of the ground. TAN is a good example of a nonlinear application where the separation principle cannot be applied. Actually, the quality of the observations depends on the control and more precisely on the area that is flied over by the drone. Therefore, there is a need for coupled estimation and control methods. It is to be noted that the estimation problem created by TAN is in itself difficult to analyse and solve. In particular, the following topics have been treated:• Nonlinear observer design and outputfeedback control for TAN with analytical ground mapsin a deterministic continuous-time framework.• The joint modelling of nonlinear optimal filtering and discrete-time stochastic optimal controlwith imperfect information.• The design of output-feedback Explicit dual stochastic MPC schemes coupled with a particlefilter and their numerical implementation to TAN.

Actuellement, le dépôt sec d’aérosols en milieu urbain est peu connu du fait d’un manque de données.Ces connaissances sont pourtant indispensables pour comprendre les flux de polluants dans les villes et estimer l’exposition d’habitants à des rayonnements ionisants dans le cas d’aérosols radioactifs. Un apport de données permettrait en outre d’améliorer la modélisation du dépôt dans ce milieu. Une approche expérimentale originale est employée pour étudier le dépôt sec d’aérosols submicroniques sur des surfaces urbaines. L’association d’expérimentations en soufflerie et in situ et l’utilisation de traceurs permettent de mesurer des vitesses de dépôt sec et d’étudier les différents phénomènes physiques qui régissent ce dépôt en milieu urbain. Ces données sont associées à des conditions de météorologie et de turbulence quantifiées par des mesures. Cet ensemble permet de hiérarchiser l’influence des principaux phénomènes physiques pour chaque type d’expérimentation. Notamment,des phénomènes différents doivent être considérés prépondérants dans le cas d’expositions chroniques ou aigües des surfaces urbaines aux particules atmosphériques. / Aerosol dry deposition is not much known for urban areas due to the lack of data. Knowledge on this phenomenon is necessary to understand pollutant fluxes in cities and to estimate inhabitant exposition to ionizing radiation of radioactive aerosols. A data providing could enable to enhance dry deposition models for these areas. An original experimental approach is performed to study submicron aerosol dry deposition on urban surfaces. Wind tunnel coupled to in situ experiments give results to study different physical phenomen on governing dry deposition. Dry deposition velocities are measured using aerosol tracers. These data are associated to turbulent and meteorological measured conditions. This database permits to classify the principal physical phenomenon for each experiment type. Finally, different phenomenon must be considered for chronic and acute exposition of urban surfaces to atmospheric particles.