Les objectifs de cette thèse visent le développement d’un traitement inédit dans un repère spatiale tridimensionnel, pour le problème de la dynamique de collisions diffusives d’objets macromoléculaires en solution en écoulement hydrodynamique à l'intérieur des pores de largeur variable, soumis aux forces hydrodynamiques, du mouvement brownien et des collisions diffusifs aux parois des pores, en utilisant la modélisation théorique et les simulations numériques. L’approche par simulation numérique est nécessaire car il est extrêmement complexe d’utiliser des outils analytiques à présent pour traiter le problème de ces collisions diffusives aux parois solides. Les algorithmes que nous avons développés et les simulations correspondantes sont suffisamment généraux et avancés pour être directement appliquée à l'étude de la dynamique d'une grande variété de polymère et des particules biologiques dans des solutions diluées sous diverses conditions physiques et hydrodynamiques à l'intérieur des pores. Par ailleurs, les mécanismes conduisant à l'adhésion de nano particules et de particules macromoléculaires sous conditions de non-équilibre, en raison de l'influence contradictoire des collisions mécaniques diffusifs et les forces attractives de Hamaker aux parois solides, sont d'un intérêt majeur. Nous avons donc développé un modèle théorique pour calculer le coefficient de restitution. L'objectif est de quantifier le bilan énergétique pendant le processus de collision diffusive de ces particules aux parois, sous l'influence des forces de répulsion d'une part et les forces attractives de Hamaker. Cela se fait par l'élaboration d'un modèle, basé sur le JKR et les théories d’Hertz, pour tenir compte des pertes d'énergie lors des collisions et des gains d'énergie en raison des interactions Hamaker. L’adhésion arrive si le bilan énergétique le permet. Notre modèle théorique est développé en proposant une approche particulière basée sur le potentiel Hamaker. Nous démontrons ce bilan par le biais d'une équation caractéristique non linéaire pour le coefficient de restitution, et analysons ses propriétés qui déterminent l'adhésion ou non pour diverses conditions physiques initiales. / The purpose of this thesis is to develop a comprehensive model analysis in a three-dimensional spatial frame for the dynamics of molecular particles in dilute colloidal suspensions in solutions flowing inside pores of variable width, subject to hydrodynamic forces, Brownian motion and diffusive collisions at the rough pore boundaries, by using numerical simulations. The approach by simulations is necessary because it is extremely complex to use analytical tools at present to deal with the problem of diffusive collisions of the particles at the solid pore boundaries. The algorithms which we have developed and the corresponding simulations are sufficiently general and refined to be directly applied to the study of the dynamics of a wide variety of polymer and biological particles in dilute solutions under diverse physical and applicable hydrodynamic conditions inside pores. Moreover, the mechanisms leading to the adhesion of particles of nano sizes under what would be non-equilibrium conditions, due to the conflicting influence of the mechanical diffusive collisions and the attractive Hamaker forces at the boundaries, are of major interest. We have hence investigated a theoretical model to calculate the restitution coefficient from basic physical principles. The objective is to quantify the energy balance during the process of a diffusive collision of a nano particle under the influence of the repulsive forces on one hand, and the attractive Hamaker forces acting on the nano particle on the other. This is done by developing a model, based on the JKR and Hertz theories, to account for the energy losses during collisions, and for the energy gains due to the Hamaker interactions. Adhesion becomes an outcome if the energy balance permits this. Our theoretical model is developed by proposing a special analytic approach based on the Hamaker potential. We derive from the theoretical analysis a characteristic nonlinear equation for the restitution coefficient, and analyze its properties which determine under given physical conditions the outcome for adhesion or not.

L'allumage et le réallumage de haute altitude présentent de grandes difficultés dans le cadre des chambres de combustion aéronautiques. Le succès d'un allumage dépend de multiples facteurs, des caractéristiques de l'allumeur à la taille des gouttes du spray en passant par le niveau de turbulence au point d'allumage. Déterminer la position optimale de l'allumeur ou le potentiel d'allumage d'une source d'énergie donnée à une position donnée sont ainsi des paramètres essentiels lors du design de chambre de combustion. Le but de ces travaux de thèse est d'étudier l'allumage forcé des chambres de combustion aéronautiques. Pour cela, des Simulation numériques aux Grandes Echelles (SGE) d'écoulements diphasiques réactifs sont utilisées et analysées. Afin de les valider, des données expérimentales issues du banc MERCATO installé à l'ONERA Fauga-Mauzac sont utilisées. Cela permet dans un premier temps de valider la méthodologie ainsi que les modèles utilisés pour les SGE diphasiques évaporantes avant leur utilisation dans d'autres conditions d'écoulement. Le cas diphasique réactif statistiquement stationnaire est ensuite comparé aux données disponibles pour évaluer les modèles en condition réactives. Ce cas est étudié plus en détail à travers l'analyse de caractéristiques de la flamme. Celle-ci semble être le théâtre de régimes de combustion très différents. On note aussi que la détermination de la méthode numérique la plus appropriée pour le calcul d'écoulements diphasiques n'est pas évidente. De plus, deux méthodes numériques différentes peuvent donner des résultats en bon accord avec l'expérience et pourtant avoir des modes de combustion différents. Les capacités de la SGE à correctement calculer un écoulement diphasique réactif étant validé, des SGE du phénomène transitoire d'allumage sont effectuées. La sensibilité observée expérimentalement de l'allumage aux conditions initiales, i.e. à l'instant de claquage, est retrouvé par les SGE. L'analyse met en évidence le rôle prépondérant de la dispersion du spray dans le développement initial du noyau de flamme. L'utilisation des SGE pour calculer les séquences d'allumage fournie de nombreuses informations sur le phénomène d'allumage, cependant d'un point de vue industriel, cela ne donne pas de résultat optimal, à moins de ne tester toutes les positions, ce qui rendrait le coût CPU déraisonnable. Des alternatives sont donc nécessaires et font l'objet de la dernière partie de ces travaux. On propose de dériver un critère local d'allumage, donnant la probabilité d'allumage à partir d'un écoulement diphasique (air et carburant) non réactif instationnaire. Ce modèle est basé sur des critères liés aux différentes phases menant à un allumage réussi, de la formation d'un premier noyau à la propagation de la flamme vers l'injecteur. Enfin, des comparaisons avec des données expérimentales sur des chambres aéronautiques sont présentées et sont en bon accord, indiquant que le critère d'allumage proposé, couplé avec une SGE d'écoulement diphasique non réactif, peut être utilisé pour optimiser la puissance et la position du système d'allumage. / Ignition and altitude reignition are critical issues for aeronautical combustion chambers. The success of ignition depends on multiple factors, from the characteristics of the igniter to the spray droplet size or the level of turbulence at the ignition site. Finding the optimal location of the igniter or the potential of ignition success of a given energy source at a given location are therefore parameters of primary importance in the design of combustion chambers. The purpose of this thesis is to study forced ignition of aeronautical combustion chambers. To do so, Large Eddy Simulations (LES) of two-phase reacting flows are performed and analyzed. First, the equations of the Eulerian formalism used to describe the dispersed phase are presented. To validate the successive LES, experimental data from the MERCATO bench installed at ONERA Fauga-Mauzac are used. It allows to validate the two-phase evaporating flow LES methodology and models prior to its use to other flow conditions. The statistically stationary two-phase flow reacting case is then compared to available data to evaluate the model in reacting conditions. This case is more deeply studied through the analysis of the characteristics of the flame. This last one appears to experience very different combustion regimes. It is also seen that the determination of the most appropriate methodology to compute two-phase flow flame is not obvious. Furthermore, two different methodologies may both agree with the data and still have different burning modes. The ability of the LES to correctly compute burning two-phase flow being validated, LES of the transient ignition phenomena are performed. The experimentally observed sensitivity of ignition to initial conditions, i.e. to sparking time, is recovered with LES. The analysis highlights the major role played by the spray dispersion in the development of the initial flame kernel. The use of LES to compute ignition sequences provides a lot of information about the ignition phenomena, however from an industrial point of view, it does not give an optimal result, unless all locations are tested, which brings the CPU cost to unreasonable values. Alternatives are hence needed and are the objective of the last part of this work. It is proposed to derive a local ignition criterion, giving the probability of ignition from the knowledge of the unsteady non-reacting two-phase (air and fuel) flow. This model is based on criteria for the phases of a successful ignition process, from the first kernel formation to the flame propagation towards the injector. Then, comparisons with experimental data on aeronautical chambers are done and show good agreement, indicating that the proposed ignition criterion, coupled to a Large Eddy Simulation of the stationary evaporating two-phase non-reacting flow, can be used to optimize the igniter location and power.

Disposer de données dans le but de valider ou tester une approche ou un concept est d'une importance primordiale dans beaucoup de domaines différents. Malheureusement, ces données ne sont pas toujours disponibles, sont coûteuses à obtenir, ou bien ne répondent pas à certaines exigences de qualité ce qui les rend inutiles dans certains cas de figure.Un générateur automatique de données est un bon moyen pour obtenir facilement et rapidement des données valides, de différentes tailles, pertinentes et diversifiées. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche complète, dirigée par les modèles et basée sur la programmation par contraintes pour la génération de données. / Owning data is useful in many different fields. Data can be used to test and to validate approaches, algorithms and concepts. Unfortunately, data is rarely available, is cost to obtain, or is not adapted to most of cases due to a lack of quality.An automated data generator is a good way to generate quickly and easily data that are valid, in different sizes, likelihood and diverse.In this thesis, we propose a novel and complete model driven approach, based on constraint programming for automated data generation.

Le thème principal de cette thèse est l'analyse statistique de surfaces. Nous introduisons un formalisme pour l'étendre dans un cadre aléatoire la représentation des surfaces introduite par Glaunès et Vaillant (2005). Ce formalisme repose sur une notion de forme linéaire aléatoire définie sur des espaces de champs vectoriels, qui est inspirée de la théorie des processus linéaires généralisés développé par Itô (1954) et Gelfand et Vilenkin (1964). A partir de cette représentation, nous mettons en place un modèle probabiliste décrivant la variabilité des surfaces. Par passage du continu au discret, nous prolongeons ce dernier en un modèle d'observation permettant de décrire des données expérimentales. A partir de ce modèle, nous construisons des estimateurs du représentant moyen d'un échantillon de surfaces et de l'autocovariance du bruit. Nous démontrons des résultats de consistance de ces estimateurs. Nous présentons quelques expériences de validation de la méthode d'estimation sur des données simulées. Nous appliquons cette méthode à la classification de surfaces cérébrales issues de l'IRM en nous plaçant dans un cadre bayésien / The main topic of this manuscript is surface statistic analysis. We define a new formalism that extends to a random framework the surface representation introduced by Glaunès and Vaillant (2005). This formalism is based on a notion of random linear form, which is inspired from the theory of generalized random process, developped by Itô (1954) and Gelfand and Vilenkin (1964). On this representation, we set a probabilistic model that describes the variability of surfaces ; by a transition from continuous to discrete, we extend it to an observation model that describes experimental data. We build estimators for the mean representant of a surface sample and for the autocovariance of the noise. We demonstrate that these estimators are consistent. We report some experiments in which we test our estimation method on simulated data. We apply our statistical framework to classification of brain surfaces from MRI, using a Bayesian classification procedure

Dans cette thèse, nous utilisons et contribuons à la théorie des produits de matrices aléatoires afin d'étudier des propriétés génériques des éléments et des sous-groupes des groupes linéaires. Notre premier résultat donne une version probabiliste de l'alternative de Tits : nous montrons que si M_n et M'_n sont deux marches aléatoires indépendantes sur un groupe linéaire de type fini non virtuellement résoluble alors presque sûrement les deux marches finiront par engendrer un sous-groupe libre non abélien à deux générateurs. Cela répond par l'affirmative à une question de Guivarc'h et de Gilman, Miasnikov et Osin. Plus précisément, nous montrons que la probabilité que M_n et M'_n n'engendrent pas un sous-groupe libre décroit exponentiellement vite vers zéro. Notre outil principal est la théorie des produits de matrices aléatoires. Durant la preuve, nous établissons de nouveaux théorèmes limites dans cette théorie, d'une part en généralisant des résultats connus dans le cadre des produits de matrices à valeurs dans les corps archimédiens à tout corps local, d'autre part en donnant des résultats qui sont nouveaux même sur R. Par exemple, nous montrons que sous des hypothèses naturelles sur la marche aléatoire, les composantes suivant K de M_n dans la décomposition KAK deviennent asymptotiquement indépendantes avec vitesse exponentielle. Dans la deuxième partie de la thèse, nous utilisons ces résultats pour étudier la transience des sous-variétés des groupes algébriques. Un de nos résultats peut être formulé comme suit: soient H un sous-groupe non élémentaire de SL_2(R), une probabilité adaptée sur H ayant un moment exponentiel, alors pour toute sous-variété algébrique propre V de SL_2(R), la probabilité que la marche aléatoire appartienne à V décroit exponentiellement vite vers zéro. Par conséquent, la sous-variété algébrique V est transiente pour la marche aléatoire. Nous généralisons cet énoncé au cas ou la marche aléatoire est adaptée sur un groupe Zariski dense des points réels d'un groupe algébrique défini et déployé sur R. Ces résultats sont à comparer avec des travaux récents de Kowalski et de Rivin. / In this thesis, we use and contribute to the theory of random matrix products in order to study generic properties of elements and subgroups of linear groups. Our first result gives a probabilistic version of the Tits alternative : we show that two independent random walks M_n and M'_n on a non virtually solvable finitely generated linear group will eventually generate a non abelian free subgroup. This answers a question of Guivarc'h and Gilman, Miasnikov and Osin. We show in fact that the probability that M_n and M'_n do not generate a free subgroup decreases exponentially fast to zero. Our methods rely deeply on random matrix products theory. During the proof we give some new limit theorems concerning this theory, some of them will be the generalization of known results for matrices taking value in archimedean fields to arbitrary local fields, others will be new even over R. For example, we show that under natural assumptions on the random walk, the K-parts of M_n in the KAK decomposition become asymptotically independent with exponential speed. Next, we use these properties to study the transience of algebraic subvarieties in algebraic groups. One of our results can be formulated as follows: let H be a non elementary subgroup of SL_2(R), a probability measure with an exponential moment whose support generates H, then for every proper algebraic subvariety V of SL_2(R), the probability that the random walk lies in V decreases exponentially fast to zero. This shows that every proper algebraic subvariety is transient for the random walk. We generalize this result to the case where the support of the probability measure generates a Zariski dense subgroup of the real points of an algebraic group defined and split over R. These results share common flavor with recent works of Kowalski and Rivin

Cette thèse utilise la théorie des jeux pour comprendre le comportement des usagers dans les réseaux sociaux. Trois problématiques y sont abordées: "Comment maximiser la popularité des contenus postés dans les réseaux sociaux?";" Comment modéliser la répartition des messages par sujets?";"Comment minimiser la propagation d’une rumeur et maximiser la diversité des contenus postés?". Après un état de l’art concernant ces questions développé dans le chapitre 1, ce travail traite, dans le chapitre 2, de la manière d’aborder l’environnement compétitif pour accroître la visibilité. Dans le chapitre 3, c’est le comportement des usagers qui est modélisé, en terme de nombre de messages postés, en utilisant la théorie des approximations stochastiques. Dans le chapitre 4, c’est une compétition pour être populaire qui est étudiée. Le chapitre 5 propose de formuler deux problèmes d’optimisation convexes dans le contexte des réseaux sociaux en ligne. Finalement, le chapitre 6 conclue ce manuscrit. / This Ph.D. is dedicated to the application of the game theory for the understanding of users behaviour in Online Social Networks. The three main questions of this Ph.D. are: " How to maximize contents popularity ? "; " How to model the distribution of messages across sources and topics in OSNs ? "; " How to minimize gossip propagation and how to maximize contents diversity? ". After a survey concerning the research made about the previous problematics in chapter 1, we propose to study a competition over visibility in chapter 2. In chapter 3, we model and provide insight concerning the posting behaviour of publishers in OSNs by using the stochastic approximation framework. In chapter 4, it is a popularity competition which is described by using a differential game formulation. The chapter 5 is dedicated to the formulation of two convex optimization problems in the context of Online Social Networks. Finally conclusions and perspectives are given in chapter 6.

La notion de hasard en biologie fait l'objet de débats philosophiques et scientifiques depuis la deuxième moitié du XIXe siècle, notamment depuis la publication de L'Origine des Espèces de Darwin (1859). Dans l'état actuel de la recherche, elle est encore un objet de controverse : le fait que cette notion puisse prendre des significations et des rôles multiples la rend difficile à cerner, même dans un contexte très spécifique. Notre thèse consiste en une analyse épistémologique de la notion de hasard lorsqu'elle est utilisée par les biologistes dans la caractérisation des phénomènes à l'origine de la variation au sein des <br />populations naturelles. Plus exactement, nous abordons la question de savoir quelle notion de hasard est conceptuellement et empiriquement appropriée en ce qui concerne deux sources de variation biologique : les mutations génétiques et le bruit dans l'expression des gènes. Nous <br />apportons une clarification conceptuelle de cette notion, selon une perspective évolutionnaire et d'un point de vue moléculaire, sur la base des avancées récentes au sujet de ces deux causes de la variation. En vertu de la relation apparemment privilégiée entre la notion de hasard et les probabilités, nous traitons aussi la question de l'interprétation des probabilités dans les descriptions formelles de ces phénomènes biologiques. L'objectif principal de ce travail est de fournir un cadre conceptuel précis à l'utilisation de la notion de hasard en biologie.

Ce travail se compose de deux parties relevant d'applications industrielles différentes. <br />La première traite d'une antenne spatiale réseau active. <br />Il faut d'abord calculer les lois d'alimentation pour satisfaire les contraintes de rayonnement. Nous transformons un problème avec de nombreux minima locaux en un problème d'optimisation convexe, dont l'optimum est le minimum global du problème initial, en utilisant le principe de conservation de l'énergie. <br />Nous résolvons ensuite un problème d'optimisation topologique: il faut réduire le nombre d'éléments rayonnants (ER). Nous appliquons une décomposition en valeurs singulières à l'ensemble des modules optimaux relaxés, puis un algorithme de type gradient topologique décide les regroupements entre ER élémentaires. <br /><br />La deuxième partie porte sur une simulation type boîte noire d'un accident chimique. <br />Nous effectuons une étude de fiabilité et de sensibilité suivant un grand nombre de paramètres (probabilités de défaillance, point de conception, et paramètres influents). Sans disposer du gradient, nous utilisons un modèle réduit. <br />Dans un premier cas test nous avons comparé les réseaux neuronaux et la méthode d'interpolation sur grille éparse Sparse Grid (SG). Les SG sont une technique émergente: grâce à leur caractère hiérarchique et un algorithme adaptatif, elles deviennent particulièrement efficaces pour les problèmes réels (peu de variables influentes). <br />Elles sont appliquées à un cas test en plus grande dimension avec des améliorations spécifiques (approximations successives et seuillage des données). <br />Dans les deux cas, les algorithmes ont donné lieu à des logiciels opérationnels.

Souvent, les valeurs de certains paramètres ou variables d'un système ne sont connues que de façon imparfaite, soit du fait de la variabilité des phénomènes physiques que l'on cherche à représenter,soit parce que l'information dont on dispose est imprécise, incomplète ou pas complètement fiable.<br>Usuellement, cette incertitude est traitée par la théorie classique des probabilités. Cependant, ces dernières années ont vu apparaître des arguments indiquant que les probabilités classiques sont inadéquates lorsqu'il faut représenter l'imprécision présente dans l'information. Des cadres complémentaires aux probabilités classiques ont donc été proposés pour remédier à ce problème : il s'agit, principalement, des ensembles de probabilités, des ensembles aléatoires et des possibilités. Beaucoup de questions concernant le traitement des incertitudes dans ces trois cadres restent ouvertes. En particulier, il est nécessaire d'unifier ces approches et de comprendre les liens existants entre elles, et de proposer des méthodes de traitement permettant d'utiliser ces approches parfois cher en temps de calcul. Dans ce travail, nous nous proposons d'apporter des réponses à ces deux besoins pour une série de problème de traitement de l'incertain rencontré en analyse de sûreté. En particulier, nous nous concentrons sur les problèmes suivants :<br>- Représentation des incertitudes<br>- Fusion/évaluation de données venant de sources multiples<br>- Modélisation de l'indépendance<br><br>L'objectif étant de fournir des outils, à la fois théoriques et pratiques, de traitement d'incertitude. Certains de ces outils sont ensuite appliqués à des problèmes rencontrés en sûreté nucléaire.

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