Les inondations représentent le premier danger naturel sur chaque continent, avec des préoccupations particulières centrées sur les inondations urbaines pour l'urbanisation sans précédent, qui augmente la vulnérabilité des sociétés humaines aux inondations. Pour les difficultés d'accès aux données en temps réel, la méthode numérique semble être une approche puissante pour la prévision des inondations et l'atténuation des dommages. Dans cette thèse, un nouveau logiciel Flood1D2D pour la modélisation des crues urbaines a été proposé en utilisant le maillage de couplage 1D2D, avec 1D dans la rue et 2D appliqué au carrefour. Le logiciel est conçu sur la base de l'installation située dans ICube Strasbourg et validée à l'aide de cas de tests synthétiques. La nouveauté du modèle est de rendre compte de l'effet de recirculation en utilisant la fonction de porosité, et de reproduire la convexité dans les profils de profondeur le long de la rue en aval de chaque carrefour où une zone de recirculation apparaît. Une analyse de sensibilité basée sur la variance est également réalisée pour les modèles classiques d'eau peu profonde 1D et 2D pour l'étalonnage de modèles et la collecte de données. / Flooding represents the first natural hazard on each continent, with special concerns are focused on urban flooding for the unprecedented urbanization, which increases the vulnerability of human societies to floods. For the accessing difficulties of real-time data, numerical method seems to be a powerful approach for flood forecasting and damage mitigation. In this thesis, a new software Flood1D2D for urban flood modeling has been proposed using 1D2D coupling mesh, with 1D on the street and 2D applied on the crossroad. The software is designed based on the rig located in ICube Strasbourg and validated using synthetic test cases. The novelty of the model is to account for the recirculation effect using porosity function, and it can reproduce the convexity in water depth profiles along the street downstream each crossroad where a recirculation zone appears, which can't be accounted using roughness only. Variance based sensitivity analysis is also performed for classical 1D and 2D shallow water models for model calibration and data collections.

Dans le contexte médico-chirurgical, la robotique peut être d’un grand intérêt pour des procédures plus sûres et plus précises. Les contraintes d’encombrement sont cependant très fortes et des mobilités complexes peuvent être nécessaires. A ce jour, la conception de mécanismes non conventionnels dédiés est alors difficile à réaliser faute d’outils génériques permettant une évaluation rapide de leurs performances. Cette thèse associe la continuation de haut-degré et la différentiation automatique pour répondre à cette problématique en introduisant une méthode de modélisation et un formalisme génériques pour la conception de mécanismes. Nos contributions concernent en particulier le développement d’outils numériques pour l’évaluation de l’espace de travail, et de la localisation et la nature des singularités d’un mécanisme, et une analyse de sensibilité de haut-degré. Ceux-ci sont évalués sur des mécanismes de référence. / In the medical and surgical background, robotics can be of great interest for safer and more accurate procedures. Size constraints are however strong and complex movements may be necessary. To date, the design of dedicated non-conventional mechanisms is then a difficult task because of a lack of generic tools allowing a fast evaluation of their performances. This thesis combines higher-order continuation and automatic differentiation to adress this issue through the introduction of a generic modelling method and a generic formalism for mechanism design. Our contributions especially concern the development of numerical tools for the evaluation of the workspace, of the singularity localization and nature, and for a higher-order sensitivity analysis. These tools are evaluated on reference mechanisms.

L’objectif de cette thèse est de proposer des approches innovantes de conception préliminaire d’actionneurs embarqués. Cette démarche répond à un besoin fort de l’industrie,en particulier en aéronautique. Dans un premier temps, une méthode hybride de génération d’architectures solutions et de sélection vis-à-vis des exigences du cahier des charges et de l’état de l’art technologique est proposée. Dans un deuxième temps, une étude de l’effet de l’incertitude sur les modèles de conception préliminaire a été réalisée. Une troisième partie a démontré l’intérêt de lier les approches et les outils de modélisation 0D/1D et 3D afin de permettre l’accélération des phases de conception et afin de mieux remonter la connaissance liée à la géométrie. Enfin, une méthode utilisant les métamodèles basées sur les lois d’échelle visant à l’obtention de formes mathématiques simples pour le besoin de dimensionnent des composants mécatroniques a été développée / The objective of this thesis is to propose an innovative approaches for embedded actuators preliminary design. This approach responds to a strong need for the industry, particularly in aeronautics. As a first step, a hybrid method of architectures generation and selection depending on the specifications and the technological state of the art is proposed. In a second step, a study of the effect of uncertainty in preliminary design models was completed. A third part demonstrated the value of combining modeling approaches tools 0D/1D and 3D to enable the design phases acceleration and to have better knowledge related to the geometry. Finally, a method using meta-models based on scaling laws for obtaining simple mathematical forms needed for sizing mechatronic components has been developed

Un certain nombre d’écoulements géophysiques, tels que les écoulements de glace ou de lave magmatique, impliquent le mouvement gravitaire à faible nombre de Reynolds d’un fluide viscoplastique à surface libre sur un socle rocheux. Leur modélisation fait apparaître des lois de comportement rhéologique et des descriptions de leurs intéractions avec le socle rocheux qui reposent sur des paramétrisations empiriques. Par ailleurs, l’observation systématique de ce type d’écoulements avec une grande précision est rarement possible ; les données associées à l’observation de ces écoulements, principalement des données de surface (télédétections), peuvent être peu denses, manquantes ou incertaines. Elles sont aussi le plus souvent indirectes : des paramètres inconnus comme le glissement basal ou la rhéologie sont difficilement mesurables in situ.Ce travail de thèse s’attache à la modélisation directe et inverse de ces écoulements géophysiques, particulièrement les écoulements de glace, par des méthodes variationnelles à travers la résolution du problème de Stokes pour les fluides en loi de puissance.La méthode de résolution du problème direct (Stokes non-linéaire) repose sur le principe du minimum de dissipation qui mène à un problème variationnel de type point-selle à quatre champs pour lequel on montre l’existence de solutions. La condition d’incompressibilité et la loi de comportement représentent alors des contraintes associées au problème de minimisation. La recherche des points critiques du lagrangien correspondant est réalisée à l’aide d’un algorithme de type lagrangien augmenté, discrétisé par éléments finis triangles à trois champs. Cet algorithme conduit à un important gain tant en temps de calcul qu’en utilisation mémoire par rapport aux algorithmes classiques.On s’intéresse ensuite à la modélisation numérique inverse de ces fluides à l’aide du modèle adjoint et des deux principaux outils associés : l’analyse de sensibilité et l’assimilation de données. On étudie tout d’abord la modélisation rhéologique de ces fluides à travers les deux paramètres principaux de la loi de comportement : la consistance du fluide et l’exposant rhéologique. Des analyses de sensibilité sur ces paramètres définis localement, permettent de quantifier leurs poids relatifs au sein du modèle d’écoulement, en termes de vitesses de surface. L’identification de ces grandeurs est également réalisée. L’ensemble des résultats est résumé comme une méthodologie vers une “rhéométrie virtuelle” pouvant représenter une aide solide à la mesure rhéologique.Le glissement basal, paramètre majeur dans la dynamique de la glace, est investigué selon la même approche. Les analyses de sensibilité mettent en avant une capacité à voir à travers le caractère “filtré” et non-local de la transmission de la variabilité basale vers la surface, ouvrant des perspectives vers l’utilisation des sensibilités pour la définition de lieux d’intérêt pour l’observation et la mesure. Ce glissement basal, modélisation empirique d’un processus complexe et multiéchelle, est ensuite utilisé pour la comparaison avec une méthode inverse approximative courante en glaciologie (méthode négligeant la dépendance de la viscosité à la vitesse, i.e. la non-linéarité). Le modèle adjoint, obtenu par différentiation automatique et évalué par accumulation retour, permet de définir cette approximation comme un cas limite de la méthode inverse complète. Ce formalisme mène à une généralisation du processus d’évaluation numérique de l’état adjoint, ajustable en précision et en temps de calcul en fonction de la qualité des données et du niveau de détail souhaité dans la reconstruction.L’ensemble de ces travaux est associé au développement du logiciel DassFlow-Ice de simulation directe et inverse de fluides viscoplastiques à surface libre. Ce logiciel prospectif bidimensionnel, diffusé dans la communauté glaciologique, a donné lieu au développement d’une version tridimensionnelle. / Several geophysical flows, such as ice flows or lava flows, are described by a gravity-driven low Reynolds number movement of a free surface viscoplastic fluid over a bedrock. Their modeling involves constitutive laws, typically describing their rheological behavior or interactions with their bedrock, that lean on empirical parameterizations. Otherwise, the thorough observation of this type of flows is rarely possible; data associated to the observation of these flows, mainly remote-sensed surface data, can be sparse, missing or uncertain. They are also generally indirect : unknown parameters such as the basal slipperiness or the rheology are difficult to measure on the field.This PhD work focuses on the direct and inverse modeling of these geophysical flows described by the power-law Stokes model, specifically dedicated to ice flows, using variational methods.The solution of the direct problem (Stokes non-linear) is based on the principle of minimal dissipation that leads to a variational four-field saddle-point problem for which we ensure the existence of a solution. In this context, the incompressibility condition and the constitutive rheological law represent constraints associated to the minimization problem. The critical points of the corresponding Lagrangian are determined using an augmented Lagrangian type algorithm discretized using three- field finite elements. This algorithm provides an important time and memory saving compared to classical algorithms.We then focus on the inverse numerical modeling of these fluids using the adjoint model through two main associated tools : sensitivity analysis and data assimilation. We first study the rheological modeling through the two principal input parameters (fluid consistency and rheological exponent). Sensitivity analyses with respect to these locally defined parameters allow to quantify their relative weights within the flow model, in terms of surface velocities. Identification of these parameters is also performed. The results are synthetized as a methodology towards “virtual rheometry” that could help and support rheological measurements.The basal slipperiness, major parameter in ice dynamics, is investigated using the same approach. Sensitivity analyses demonstrate an ability to see beyond the ”filtered” and non-local transmission of the basal variability to the surface. Consequently these sensitivities can be used to help defining areas of interest for observation and measurement. This basal slipperiness, empirical modeling of a multiscale complex process, is then used to carry on a comparison with a so called “self-adjoint” method, common in glaciology (neglecting the dependency of the viscosity on the velocity, i.e. the non-linearity). The adjoint model, obtained by automatic differentiation and evaluated by reverse accumulation, leads to define this approximation as a limit case of the complete inverse method. This formalism allows to generalize the process of the numerical evaluation of the adjoint state into an incomplete adjoint method, adjustable in time and accuracy depending on the quality of the data and the level of detail required in the identification.All this work is associated to the development of DassFlow-Ice software dedicated to the direct and inverse numerical simulation of free-surface viscoplastic fluids. This bidimensional prospective software, distributed within the glaciological com- munity, serves as a model for the current development of the tridimensional version.

Cette thèse porte sur l'étude du problème inverse de détection d'obstacle/objet par des méthodes d'optimisation. Ce problème consiste à localiser un objet inconnu oméga situé à l'intérieur d'un domaine borné connu Oméga à l'aide de mesures de bord et plus précisément de données de Cauchy sur une partie Gammaobs de thetaOmega. Nous étudions les cas scalaires et vectoriels pour ce problème en considérant les équations de Laplace et de Stokes. Dans tous les cas, nous nous appuyons sur une résultat d'identifiabilité qui assure qu'il existe un unique obstacle/objet qui correspond à la mesure de bord considérée. La stratégie utilisée dans ce travail est de réduire le problème inverse à la minimisation d'une fonctionnelle coût: la fonctionnelle de Kohn-Vogelius. Cette approche est fréquemment utilisée et permet notamment d'utiliser des méthodes d'optimisation pour des implémentations numériques. Cependant, afin de bien définir la fonctionnelle, cette méthode nécessite de connaître une mesure sur tout le bord extérieur thetaOmega. Ce dernier point nous conduit à étudier le problème de complétion de données qui consiste à retrouver les conditions de bord sur une région inaccessible, i.e. sur thetaOmega\Gammaobs, à partir des données de Cauchy sur la région accessible Gammaobs. Ce problème inverse est également étudié en minimisant une fonctionnelle de type Kohn-Vogelius. La caractère mal posé de ce problème nous amène à régulariser la fonctionnelle via une régularisation de Tikhonov. Nous obtenons plusieurs propriétés théoriques comme des propriétés de convergence, en particulier lorsque les données sont bruitées. En tenant compte de ces résultats théoriques, nous reconstruisons numériquement les données de bord en mettant en oeuvre un algorithme de gradient afin de minimiser la fonctionnelle régularisée. Nous étudions ensuite le problème de détection d'obstacle lorsque seule une mesure de bord partielle est disponible. Nous considérons alors les conditions de bord inaccessibles et l'objet inconnu comme les variables de la fonctionnelle et ainsi, en utilisant des méthodes d'optimisation de forme géométrique, en particulier le gradient de forme de la fonctionnelle de Kohn-Vogelius, nous obtenons la reconstruction numérique de l'inclusion inconnue. Enfin, nous considérons, dans le cas vectoriel bi-dimensionnel, un nouveau degré de liberté en étudiant le cas où le nombre d'objets est inconnu. Ainsi, nous utilisons l'optimisation de forme topologique afin de minimiser la fonctionnelle de Kohn-Vogelius. Nous obtenons le développement asymptotique topologique de la solution des équations de Stokes 2D et caractérisons le gradient topologique de cette fonctionnelle. Nous déterminons alors numériquement le nombre d'obstacles ainsi que leur position. De plus, nous proposons un algorithme qui combine les méthodes d'optimisation de forme topologique et géométrique afin de déterminer numériquement le nombre d'obstacles, leur position ainsi que leur forme. / This PhD thesis is dedicated to the study of the inverse problem of obstacle/object detection using optimization methods. This problem consists in localizing an unknown object omega inside a known bounded domain omega by means of boundary measurements and more precisely by a given Cauchy pair on a part Gammaobs of thetaOmega. We cover the scalar and vector scenarios for this problem considering both the Laplace and the Stokes equations. For both cases, we rely on identifiability result which ensures that there is a unique obstacle/object which corresponds to the considered boundary measurements. The strategy used in this work is to reduce the inverse problem into the minimization of a cost-type functional: the Kohn-Vogelius functional. This kind of approach is widely used and permits to use optimization tools for numerical implementations. However, in order to well-define the functional, this approach needs to assume the knowledge of a measurement on the whole exterior boundary thetaOmega. This last point leads us to first study the data completion problem which consists in recovering the boundary conditions on an inaccessible region, i.e. on thetaOmega\Gammaobs, from the Cauchy data on the accessible region Gammaobs. This inverse problem is also studied through the minimization of a Kohn-Vogelius type functional. The ill-posedness of this problem enforces us to regularize the functional via a Tikhonov regularization. We obtain several theoretical properties as convergence properties, in particular when data is corrupted by noise. Based on these theoretical results, we reconstruct numerically the boundary data by implementing a gradient algorithm in order to minimize the regularized functional. Then we study the obstacle detection problem when only partial boundary measurements are available. We consider the inaccessible boundary conditions and the unknown object as the variables of the functional and then, using geometrical shape optimization tools, in particular the shape gradient of the Kohn-Vogelius functional, we perform the numerical reconstruction of the unknown inclusion. Finally, we consider, into the two dimensional vector case, a new degree of freedom by studying the case when the number of objects is unknown. Hence, we use the topological shape optimization in order to minimize the Kohn-Vogelius functional. We obtain the topological asymptotic expansion of the solution of the 2D Stokes equations and characterize the topological gradient for this functional. Then we determine numerically the number and location of the obstacles. Additionally, we propose a blending algorithm which combines the topological and geometrical shape optimization methods in order to determine numerically the number, location and shape of the objects.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / La thèse examine la réception de Pamela; or Virtue rewarded, de Richardson, dans la France du XVIIIè siècle. Le roman de 1740 est analysé à partir de ses ambiguïtés constitutives: lérotique et la individuel-subjective. Au commencement, il est comparé aux prédécesseurs français influents: Lettres portugaises, atribué à Guillerages (1669), et La Princesse de Clèves, de Madame de Lafayette (1678). On relève, premièrement, la nouvelle figuration de la résistance feminine et classiste à travers lécriture et, après, la transformation de la perception des domaines public et privé (la persécution de Pamela est justifiée seulement par lexistence de lespace du secret, avant linstauration du domaine public bourgeois). Trois spectacles adaptées à partir du roman, écrites par Boissy, La Chaussée et DAucour (trois échecs en 1743 et aujourdhui inconus), sont object danalyse, en stimulant une description du panorama historique du théâtre parisien, axe culturel de la France dans ce moment-là. Ainsi, nous analysons le spectacle Mélanide, succés de La Chaussée (1741), et Le méchant, de Gresset (1747). La sensibilité est vue comme caractéristique culturel de lépoque, en justifiant un changement du pacte estéthique entre le lecteur-spectateur et les uvres. Cest le surgissement dune nouvelle vraisemblance, que Diderot sera le premier à bien décrire. Le roman de libertinage, fruit de la licenciosité dans les lettres, évidente comme caractéristique de Mr. B., patron de Pamela, est vu comme lopposé aristocratique et cérébral à la sensibilité. Le coquettisme serait la troisième forme de réalisme en ce moment-là, en approchant le récit du ton familier de la conversation mondaine. Les trois nouveaux types de prose fictionelle alourdent le moment présent vécu avec intensité, caractéristique fondamentale du nouveau réalisme du mélange de styles (Auerbach). Parmi les trois, la vogue de Pamela et de la sensibilité déterminera un type nouveau de pathétique non-classique, en exigeant du lecteur-spectateur une attitude étique et esthétique inédite. Finalement, lanalyse de Nanine, la Pamela de Voltaire (1749), montre un auteur expérimenté dans les ambients mondain et théâtral du Ancien Régime qui cherche cette nouvelle ordre étique et esthétique, dans laquelle la condition (classe sociale, sexe, profession, position dans la famille etc.) aggrave lilusion du lecteur-spectateur, en changeant son finalité pour toujours elle ne sera plus le fondement immuable des règles classiques. / O trabalho examina a recepção de Pamela; or Virtue rewarded, de Richardson, na França do século XVIII. O romance de 1740 é analisado a partir de suas ambigüidades constitutivas: a erótica e a individual-subjetiva. Começa sendo comparado a antecessores franceses influentes: Lettres portugaises, atribuído a Guillerages (1669), e La Princesse de Clèves, de Madame de Lafayette (1678). Destaca-se, por um lado, a nova figuração da resistência feminina e classista por meio da escrita e, por outro, a mudança na percepção dos domínios público e privado (só se persegue a criada Pamela porque há o espaço secreto, anterior à instauração do domínio público burguês). Três peças baseadas no romance, escritas por Boissy, La Chaussée e DAucour (que em 1743 foram fracassos e hoje são desconhecidas), são objeto de leitura cuidada, ensejando o retrato do panorama histórico do teatro parisiense, eixo cultural da França naquele momento. Nessa trilha, analisam-se as peças Mélanide, sucesso de La Chaussée (1741), e Le méchant, de Gresset (1747). A sensibilité surge como traço cultural de base à época, a justificar uma mudança no pacto estético entre o leitor-espectador e as obras. Trata-se do surgimento de uma nova verossimilhança, que Diderot será o primeiro a descrever. O romance de libertinagem, fruto da licenciosidade nas letras, licenciosidade patente na prepotência de Mr. B., patrão de Pamela, é flagrado como contraponto aristocrático e cerebral à sensibilité. O coquetismo seria a terceira forma de realismo do momento, aproximando a narrativa do coloquialismo da conversation mundana. Os três novos tipos de prosa ficcional agravam o momento presente vivido com intensidade, o qual, em nosso ponto de vista, é um traço fundamental do novo realismo da mistura de estilos (Auerbach). Entre os três, a voga de Pamela e da sensibilité determinará um tipo novo de patético não-clássico, exigindo do leitor-espectador uma postura ética e estética inédita. Por fim, a análise de Nanine, a Pamela de Voltaire (1749), mostra um autor experimentado no ambiente mundano e teatral do Antigo Regime, perseguindo essa nova ordem ética e estética, em que a condition (classe social, sexo, profissão, posição na família etc.) serve para agravar a ilusão do leitor-espectador, deixando de ser, de uma vez por todas, fundamento imutável de regras clássicas.

Cette étude à l’intersection entre pouvoir et espace porte sur le contrôle du cinéma par les autorités des concessions, l’intervention de pouvoirs concurrents dans le champ du cinéma et les activités de l’industrie cinématographique entre 1927 et 1943. Dans les années 1920, Shanghai, en particulier par ses concessions, devient la capitale du cinéma en Chine. En 1927, les autorités de la Concession internationale et celles de la Concession française établissent l’une après l’autre un système de censure cinématographique en prenant en compte l’expérience de leurs métropoles ou de leurs colonies et coopèrent entre elles dans sa mise en œuvre. Pour maintenir les bonnes mœurs et l’ordre public, les censeurs examinent les films en fonction de critères qui relèvent de la morale publique, de la prévention de la criminalité, de la sensibilité nationale ou du rapport avec la politique. Le cinéma en effet n’est pas seulement un outil de divertissement. Il devient aussi un enjeu de la lutte croissante entre les divers pouvoirs. Ainsi les autorités chinoises utilisent le nationalisme en manipulant l’émotion populaire et parviennent à orchestrer des mouvements de protestation « spontanée » pour s’emparer du droit de censure dans les concessions. Le Japon, acteur clé dans l’histoire moderne de la Chine, joue également un rôle dans ce tableau. Avec l’occupation du territoire chinois de Shanghai à partir de 1937, dans la mesure où l’armée japonaise considère le cinéma comme un outil de propagande, elle cherche à contrôler ce secteur. Les autorités des concessions doivent adapter leurs critères de censure au gré des mutations politiques, sociales et culturelles afin de préserver la stabilité sociale ainsi que leurs propres intérêts. Ces mesures ont une influence sur l’industrie du cinéma qui doit trouver un équilibre entre le contrôle exercé par divers pouvoirs et le marché. Une culture spécifique du cinéma s’est ainsi construite. Cette étude entend analyser à la fois l’évolution du système de censure cinématographique et son influence sur l’industrie cinématographique dans le contexte historique, culturel, ethnique, économique et politique de Shanghai entre 1927 et 1943. / This study at the crossroad of power and space focuses on the control of films the authorities of the foreign settlements implemented in Shanghai, the intervention of competing powers in the field of cinema and the activities of the film industry under their control between 1927 and 1943. In the 1920s, Shanghai, and particularly its settlements, became the capital of cinema in China. In 1927, the authorities of the International Settlement and the French Concession both established a system of film censorship that drew on the experience of their metropolitan states or their colonies and began to cooperate in its implementation. To maintain a sound moral environment and public order, the censors examined the films based on criteria such as morality, crime prevention, national sensitivity or politics. Movies were not only a means of entertainment, but also a major issue in the growing struggle among various authorities. In order to take hold of the right of censorship in settlements, the Chinese authorities took advantage of nationalism by manipulating popular emotion and succeeded in provoking campaigns of “spontaneous” protests. In such a context, Japan, a key player in modern Chinese history, also played an important role. After the occupation of the Chinese territory of Shanghai in 1937, the Japanese army, considering that movies were a means of propaganda, tried to control the film industry in Shanghai. The settlements’ authorities had to adapt their censorship criteria to political, social and cultural changes in order to maintain social stability and ensure their own interests. These measures influenced the film industry which had to find a balance between the control by various powers and market forces. A specific film culture thus emerged. This study aims at analysing both the evolution of the film censorship system and its influence on the film industry in the historical, cultural, ethnic, economic and political context of Shanghai between 1927 and 1943.

L'utilisation de pesticides sur les surfaces agricoles conduit à une contamination généralisée des eaux de surface et de subsurface en France. Dans l'attente d'une évolution profonde des pratiques agricoles et d'une baisse durable de l'utilisation des pesticides, il est intéressant de chercher à limiter des transferts des zones agricoles aux zones aquatiques. Pour mieux agir sur les voies de transfert, il est nécessaire d'approfondir les connaissances des processus en jeu et de leurs interactions éventuelles et de tirer au mieux partie des observations du terrain.L'objectif de cette thèse est l'intégration de processus de transferts réactif dans le modèle hydrologique à base physique CATHY (CATchment HYdrology), capable de simuler en 3 dimensions les écoulements de l'eau de façon couplée surface-subsurface et le transport advectif dans des situations variablement saturées. En subsurface, les processus d'adsorption linéaire et de dégradation du premier ordre sont implémentés. Un module de mélange des solutés entre la lame ruisselante et la première couche de sol est ajouté, qui permet de simuler la remobilisation des solutés de la subsurface dans le ruissellement. Le couplage surface-subsurface des écoulement est très efficace dans ce modèle, et le couplage du transport de soluté adoptant la même stratégie a été amélioré pour mieux respecter la conservation de la masse.Le modèle est en premier lieu testé sur des données issues d'expérimentations de transfert de subsurface sur une maquette de laboratoire à petite échelle (2 m de long, o.5 m de large, 1 m de profondeur). Les résultats sont confrontés aux chroniques de flux massiques observées et une analyse de sensibilité de type Morris est menée. Le modèle est capable de reproduire de façon satisfaisante les observations, et très satisfaisante après une légère calibration. Les conductivités à saturation horizontale et verticale, la porosité et le paramètre $n$ de la courbe de rétention influencent de façon non négligeable les résultats hydrodynamiques et de transfert de soluté. Dans un second temps, le modèle est évalué sur les données issus d'un versant viticole réel (0.6 ha) dans un contexte orageux avec de fortes interactions surface-subsurface. Une analyse de sensibilité globale est menée, et met en valeur les mêmes paramètres que la méthode de Morris. Les interactions entre les paramètres influencent fortement la variabilité des sorties hydrodynamiques et de transfert. La conservation de la masse est très correctement assurée malgré la complexité de la simulation.Le modèle auquel on aboutit correspond bien aux objectifs de départ, sa validation est solide, même si elle n'est rigoureusement valable que dans les contextes précis où elle a été réalisée. On a montré que le modèle était robuste et capable de reproduire des données observées. D'autres processus manquent encore pour représenter toutes les voies de transfert à l'échelle du versant, notamment la représentation du transfert préférentiel en subsurface et du transport sédimentaire en surface. / Pesticide use on agricultural surfaces leads to a broad surface and subsurface water contamination in France. Awaiting a deep agricultural practices evolution and a sustained fall of the pesticide use, it is of interest to limit transfers form agricultural fields to rivers. In order to constrain those transfers, a deepen knowledge of processes at stake and their potential interactions is necessary, as well as taking full advantages of fields observations.The aim of this PhD is the reactive transfer processes integration in the Hydrological physically-based model CATHY (CATchment HYdrology) which simulates surface-subsurface coupled water flow and advectiv solute transport in three dimensions and in variably saturated situations. Linear adsorption and first order decay are implemented in subsurface. A mixing modules is added, and evens the concentration between surface runoff and subsurface first layer. This module simulates the solute mobilisation from soil to surface runoff. The water flow surface-subsurface coupling procedure is very accurate in CATHY, and the transport coupling procedure is improve in order to respect the mass conservation.The model is first evaluated on subsurface transfer laboratory experimentation data at a small scale (2 m long, o.5 m wide, 1 m deep). Results are compared to mass flux evolution in time and a Morris sensitivity analysis is conducted. The model is able to acceptably reproduce observation, and properly after a slight calibration. Horizontal and vertical saturated conductivities, porosity and the $n$ parameter of retention curve significantly influence hydrodynamics and solute transport. As a second step, the model is evaluated on data from a field wine hillslope on an intense rain event, therefore in a context with a lot of surface-subsurface interactions. A global sensitivity analysis is conducted and highlights same parameters as the Morris method. Interactions between parameters highly influence the variability of hydrodynamic and solute transfer outputs. Mass conservation is accurate despite the complexity of the context.The resulting model meets the objectives, its evaluation is strong even if its theoretically only valid in the precise context in which the evaluations where conducted. The model is robust and able to reproduce observed data. Some complementary processes are still missing in the model to properly represent transfer ways at the hillslope scale, such as subsurface preferential transfers and surface sedimentary transport.

Cette thèse démontre expérimentalement à l'échelle du laboratoire la détection et la localisation, en transmission, d'une cible de taille de la longueur d'onde. La configuration expérimentale correspond à un guide d'ondes ultrasonique limité par deux réseaux émetteur-récepteur. Deux réseaux coplanaires enregistrent dans le domaine temporel la matrice de transfert du guide d'ondes entre chaque couple émetteur-récepteur. En invoquant le principe de réciprocité, un algorithme de Double Formation de Voies est simultanément exécuté sur les réseaux émetteur et récepteur. Ce traitement d'antennes permet de projeter les échos acoustiques plusieurs fois réverbérés en un ensemble de rayons acoustiques, qui sont définis par angles leurs angles d'émission et de réception. La comparaison réalisée entre l'amplitude de chaque rayons acoustique avec et sans cible dans le guide d'onde permet, par effet d'ombre, de détecter de la cible. La localisation est réalisée à travers la résolution d'un problème inverse en utilisant les rayons acoustiques extraits de la double formation de voies. L'utilisation de noyau de sensibilité utilisant le phénomène de diffraction pour chaque rayon acoustique fournit la localisation et une signature de la cible. Des résultats expérimentaux sont présentés en présence de vagues en surface. L'utilisation de l'effet Larsen dans la cadre de la barrière acoustique est également envisagée pour son extrême sensibilité aux variations du milieu. / This thesis demonstrates experimentally at the laboratory scale the detection and localization, in transmission, of a wavelength-sized target in a shallow ultrasonic waveguide between two source-receiver arrays in the framework of the acoustic barrier problem. Two coplanar arrays record in the time-domain the transfer matrix of the waveguide between each pair of source-receiver transducers. Invoking the reciprocity principle, a time-domain double-beam-forming algorithm is simultaneously performed on the source and receiver arrays. This array processing projects the multireverberated acoustic echoes into an equivalent set of eigenray, which are defined by their launch and arrival angles. Comparison is made between the amplitude of each eigenray without and with a target for detection in the waveguide. Localization is performed though inversion problem using all of the eigenrays extracted from double beamforming. The use of the diffraction-based sensitivity kernel for each eigenray provides both the localization and the signature of the target. Experimental results are shown in the presence of surface waves. The use of the acoustical feedback in frame of the acoustic barrier problem is also considered, for its extreme sensibility to medium variation.

Les changements globaux et l'évolution du contexte socio-économique renforcent les attentes vis-à-vis d'une gestion multifonctionnelle des forêts. En France, la communauté forestière s'est accordée sur la définition du double objectif de « produire plus de bois, tout en préservant mieux la biodiversité […]» (Grenelle de l'Environnement, 2007). Cet objectif s'accompagne d'une volonté de maintenir des attributs favorables à la biodiversité d'une part, et de « dynamiser » la sylviculture d'autre part. La comptabilité entre ces mesures est toutefois controversée et il est aujourd'hui nécessaire de mieux comprendre leurs effets sur les services écosystémiques, afin de pouvoir définir les conditions d'une gestion forestière multifonctionnelle et durable.L'objectif de la thèse est d'explorer de manière fine l'effet de la sylviculture sur la structure des peuplements, la production de bois et la préservation de la biodiversité. Le travail s'articule autour de deux hypothèses générales : (1) celle que les indicateurs de ces deux services répondent de manière différente à la gestion; (2) celle qu'une gamme intermédiaire d'intensités de sylviculture est favorable au compromis entre production et biodiversité. Le travail a porté sur le cas des sapinières-pessières irrégulières de montagne, qui présentent une longue tradition de gestion en futaie irrégulière et sont jugées favorables à la fourniture d'un certain nombre de services écosystémiques. Nous avons opté pour une approche par simulation s'appuyant sur le couplage d'un modèle de dynamique forestière, d'algorithmes de sylviculture et de modèles et indicateurs de production et de biodiversité. Le travail de thèse a nécessité la mise en place d'une démarche complète d'expérimentation par simulation impliquant les étapes (i) de formalisation des variables de contrôle et de réponse, (ii) de développement et d'évaluation de modèles, (iii) de définition de plans d'expérience, (iv) d'analyse de sensibilité et (v) d'analyse de la réponse des indicateurs à la gestion. Une analyse complète du modèle Samsara2 nous a permis de vérifier la cohérence des dynamiques forestières simulées et la fiabilité des prédictions. Un algorithme de sylviculture a été développé pour modéliser la gestion en futaie irrégulière de manière fine. Deux modèles de biodiversité ont été implémentés à partir de modèles issus de la littérature : un modèle de stockage et de décomposition du bois mort et un modèle de prédiction de la richesse spécifique de la strate herbacée. Une analyse de sensibilité du système nous a tout d'abord permis d'analyser l'influence des paramètres d'entrée (sylvicoles, démographiques ou état initial) sur un ensemble d'indicateurs de structure, production et biodiversité, puis d'identifier et de fixer les paramètres peu influents. Une approche par régression a ensuite permis d'établir la fonction de réponse (métamodèle) de chaque indicateur aux principaux leviers de gestion, en interaction avec la démographie et l'état initial. Nous avons ainsi observé un effet négatif de l'intensification de la gestion sur la biodiversité, bien que cet effet varie en fonction des indicateurs. Les mesures de conservation de la biodiversité peuvent toutefois servir de leviers de compensation dans certains cas, permettant ainsi de concilier les deux objectifs. Des situations de compromis entre indicateurs de production et/ou biodiversité ont été détectées, mais leur analyse fine nécessite désormais de se tourner vers les méthodes d'analyse multicritère.Ainsi, l'analyse couplée des de la réponse des indicateurs de services écosystémiques à la gestion et des scénarii de gestion situés sur la zone de compromis devrait permettre d'alimenter les échanges avec les gestionnaires forestiers et de discuter des recommandations de gestion à l'échelle de la parcelle ou du massif forestier. / Global change and the evolution of the socio-economic context reinforce the expectations for multifunctional forest management. In France, the forest community agreed on the definition of the double objective of “improving timber production while preserving biodiversity better” (Grenelle 2007). This objective goes along with a will of maintaining the natural attributes favoring biodiversity on one hand, and of increasing management intensity on the other hand. The compatibility between both objectives is however controversial and it seem nowadays necessary to better understand their effects on ecosystem services, so as to enable the definition of multifunctional and sustainable forest management. The objective of this PhD thesis is to explore the effect of silviculture on stand structure, timber production and biodiversity preservation. This works involves two main hypotheses: (1) the fact that ecosystem services indicators present different responses to silvicultural drivers, thus leading to trade-offs situations; (2) the fact that management scenarios of intermediate intensity may enable satisfactory production-biodiversity trade-offs to be reached. This work addressed the case of uneven-aged spruce-fir mountain forests, which present a long tradition of uneven-aged management (selection system) and are judged favorable to the provision of several ecosystem services. We used a simulation approach coupling a forest dynamics simulation model (Samsara2), a silviculture algorithm, and ecosystem services models and indicators (for timber production and biodiversity). This however required a complete simulation experiment approach to be set up, with several steps: (i) formalization of control and response variables, (ii) model development and evaluation, (iii) experiment designs definition, (iv) sensitivity analysis, and (v) study of indicators' response to management. A complete analysis of the Samsara2 model enabled the consistency of simulated forest dynamics and the reliability of predictions to be checked. A silviculture algorithm has been developed to accurately model uneven-aged management. Two biodiversity models have been implemented from the literature: a dead wood decay model and an understory diversity model.A sensitivity analysis of the system first enabled us to assess the influence of input parameters (silviculture, demographic and initial state) on structure, timber production and biodiversity indicators, and then to identify and fix those with low influence. Then, a regression approach enabled the establishment of the response function (metamodels) of each indicator to the main silvicultural factors, in interaction with demography and initial state. This revealed the negative effect of increased management intensity on biodiversity indicators, although its effect depended on the indicator. Biodiversity conservation measures could however be used as compensation drivers in some cases, therefore enabling both objectives to be concealed. Trade-offs situations have also been detected between timber production and/or biodiversity conservation indicators, but their analysis now require specific multi-criteria analysis to be used.The combined analysis of ecosystem services response to silvicultural drivers and of management scenarios located on the trade-offs area would then supply the discussion with forest managers with new elements and enable management recommendations to be discussed at the stand or landscape scale.