Cette thèse a pour sujet la biologie cellulaire, et plus particulièrement l'organisation interne des cellules eucaryotes. Bien que les différents acteurs régissant cette organisation aient été en grande partie identifiées, on ignore encore comment une architecture si complexe et dynamique peut émerger de simples interactions entres molécules. Un des objectifs des différentes études présentées dans cette thèse est de construire un cadre théorique permettant d'appréhender cette auto-organisation. Pour cela, nous étudions des problèmes spécifiques à différentes échelles allant du nanomètre (dynamique des hétérogénéités dans les membranes biologiques) au micromètre (organisation des organelles cellulaires), en utilisant des simulations numériques stochastiques et des méthodes analytiques. Le texte est organisé pour présenter les résultats des plus petites au plus grandes échelles. Dans le premier chapitre, nous étudions l'organisation de la membrane d'un seul compartiment en modélisant la dynamique d'hétérogénéités membranaires. Dans le second chapitre, nous étudions la dynamique d'un compartiment unique échangeant des vésicules avec le milieu extérieur. Nous étudions également comment deux compartiments différents peuvent être générés par les mêmes mécanismes d'échanges de vésicules. Enfin, dans le troisième chapitre, nous développons un modèle global de la dynamique des organelles cellulaires, dans le contexte particulier de la biogenèse de l'appareil de Golgi. / This thesis deals with cell biology, and particularly with the internal organization of eukaryotic cells. Although many of the molecular players contributing to the intra-cellular organization have been identified, we are still far from understanding how the complex and dynamical intra-cellular architecture emerges from the self-organization of individual molecules. One of the goals of the different studies presented in this thesis is to provide a theoretical framework to understand such self-organization. We cover specific problems at different scales, ranging from membrane organization at the nanometer scale to whole organelle structure at the micron scale, using analytical work and stochastic simulation algorithms. The text is organized to present the results from the smallest to the largest scales. In the first chapter, we study the membrane organization of a single compartment by modeling the dynamics of membrane heterogeneities. In the second chapter we study the dynamics of one membrane-bound compartment exchanging vesicles with the external medium. Still in the same chapter, we investigate the mechanisms by which two different compartments can be generated by vesicular sorting. Finally in the third chapter, we develop a global model of organelle biogenesis and dynamics in the specific context of the Golgi apparatus

Dans les milieux géologiques hétérogènes, la délimitation des zones de protection autour de puits de captage repose sur la fiabilité des modèles hydrogéologiques utilisés. Celle-ci dépend essentiellement de notre capacité à décrire les propriétés du système aquifère. En raison des mécanismes géologiques complexes impliqués dans la formation des dépôts sédimentaires, les propriétés aquifères et en particulier la conductivité hydraulique (K) montrent une variabilité spatiale importante, qui gouverne l'étalement de soluté. Le manque de données empêche une caractérisation parfaite du champ de K et introduit dès lors une incertitude dans la délimitation des zones de protection. Divers types d'informations liées à cette propriété peuvent être récoltés sur le terrain mais sont, en pratique, peu utilisés en raison de la difficulté de les intégrer dans les modèles hydrogéologiques. Dans ce travail de recherche, l'accent a été mis sur la quantification et la réduction de l'incertitude associée à la localisation des zones de protection en proposant une méthode stochastique permettant de conditionner les champs de K par des mesures directes (données hard) et indirectes (données soft) de cette propriété et plus particulièrement des données de résistivité électrique (ρ) et de hauteur piézométrique (h). L'approche stochastique spatiale qui a été adoptée considère la propriété K comme une fonction spatiale aléatoire et permet, par l'utilisation de méthodes géostatistiques, de caractériser sa variabilité spatiale. Cette approche stochastique génère un ensemble de champs de K, tous statistiquement équiprobables et, par analyse de Monte Carlo, prend explicitement en compte l'incertitude sur les valeurs de K dans la réponse du système, contrairement aux approches déterministes classiques qui considèrent le champ de K calibré comme la meilleure représentation de la réalité et mènent à la définition d'une zone de protection unique dont l'incertitude n'est pas quantifiable. Afin d'évaluer la qualité des résultats obtenus, cette méthode a été appliquée à un cas d'étude virtuel (synthétique) représentant une situation de référence, aussi proche que possible des conditions réelles rencontrées dans les aquifères alluviaux, et dont les propriétés hydrogéologiques sont connues en tout point du domaine modélisé. Elle a également été appliquée au cas d'étude réel d'un aquifère alluvial ayant déjà fait l'objet d'une étude déterministe et dont le nombre de mesures de K est extrêmement faible, nécessitant l'intégration de données de ρ et de h. L'ensemble des résultats montre à quel point l'introduction des données soft, et surtout celle des données de ρ, est un atout qui améliore grandement la caractérisation des champs de K et permet donc non seulement de réduire l'incertitude sur la localisation des zones de protection, mais également d'approcher la forme du tracé des zones de protection réelles. ABSTRACT In heterogeneous geological media, delineation of time-related well capture zone is based on the reliability of the hydrogeological models. It depends strongly on our ability to describe the system aquifer properties. Due to the complex geological processes leading to the formation of natural sediments, aquifer properties and in particular hydraulic conductivity (K) exhibits a large degree of heterogeneity, which governs solute spreading. The lack of K data hampers the complete determination of the K field and introduces uncertainty in capture zone delineation. Several kinds of informations related to this parameter can be collected in the field but are most often not used in practice because of the difficulty to introduce them in hydrogeological models. In this research work, emphasis is given to quantification and reduction of the well capture zone uncertainty by developing a stochastic method integrating direct (hard data) and indirect (soft data) measures of K and particularly electrical resistivity (ρ) and piezometric heads (h). The spatial stochastic approach adopted here considers the property K as a spatial random function and describes its spatial variability by use of geostatistical methods. This approach generates a range of statistically equally likely K fields and takes explicitly into account the K values uncertainty in the system response by performing Monte Carlo analysis, unlike classical deterministic approaches that consider a calibrated K field as the best representation of reality and lead to the definition of a unique capture zone for which uncertainty is unquantified. In order to assess the reliability of the results, this method was applied to a virtual (synthetic) study representing a reference case, very similar to actual alluvial aquifer conditions and for which hydrogeological properties are perfectly known. The method was also applied to a real case of an alluvial aquifer that had already been studied in a determinist framework and for which the number of K measures is very scarce, requiring a conditioning by ρ and h data. The results show how introduction of soft data and especially ρ data greatly improves K field description and therefore allows both to reduce well capture zone uncertainty and to approach the shapes of actual protection zones.

L'objectif de cette thèse vise à améliorer la définition des vibrations (" mouvement sismique ") sur des sites " durs " (sédiments raides ou rochers) liés à des scénarios (séismes de magnitude entre 5 et 6.5, distances inférieures à 50 kilomètres) représentatifs du contexte métropolitain français. Afin de contraindre ces mouvements sismiques sur sites " durs ", une base de données accélérométriques a été construite, à partir des enregistrements accélérométriques japonais K-NET et KiK-net qui ont l'avantage d'être publiques, nombreux et de grande qualité. Un modèle de prédiction des mouvements sismiques (spectre de réponse en accélération) a été conçu à partir de cette nouvelle base. La comparaison entre modèles théoriques et observations montre la dépendance des vibrations sur sites rocheux à la fois aux caractéristiques de vitesse du site (paramètre classique décrivant la vitesse des ondes S dans les 30 derniers mètres) et aux mécanismes d'atténuation hautes fréquences (un phénomène très peu étudié jusque-là). Ces résultats confirment une corrélation entre ces deux mécanismes (les sites rocheux les plus mous atténuent plus le mouvement sismique à hautes fréquences) et nous proposons un modèle de prédiction du mouvement sismique prenant en compte l'ensemble des propriétés du site (atténuation et vitesse). Les méthodes nouvelles de dimensionnement dynamiques non linéaires (à la fois géotechniques et structurelles) ne se satisfont pas des spectres de réponse mais requièrent des traces temporelles. Dans le but de générer de telles traces temporelles, la méthode stochastique non stationnaire développée antérieurement par Pousse et al. 2006 a été revisitée. Cette méthode semi-empirique nécessite de définir au préalable les distributions des indicateurs clés du mouvement sismique. Nous avons ainsi développé des modèles de prédiction empiriques pour la durée de phase forte, l'intensité d'Arias et la fréquence centrale, paramètre décrivant la variation du contenu fréquentiel au cours du temps. Les nouveaux développements de la méthode stochastique permettent de reproduire des traces temporelles sur une large bande de fréquences (0.1-50 Hz), de reproduire la non stationnarité en temps et en fréquence et la variabilité naturelle des vibrations sismiques. Cette méthode présente l'avantage d'être simple, rapide d'exécution et de considérer les bases théoriques de la sismologie (source de Brune, une enveloppe temporelle réaliste, non stationnarité et variabilité du mouvement sismique). Dans les études de génie parasismique, un nombre réduit de traces temporelles est sélectionné, et nous analysons dans une dernière partie l'impact de cette sélection sur la conservation de la variabilité naturelle des mouvements sismiques.

Les calcaires hémipélagiques du Sud-Est de la France sont caractérisés par de faibles valeurs de porosité et de perméabilité. Ces caractéristiques permettent de considérer ces roches comme de potentiels analogues des réservoirs pétroliers non-conventionnels ou des aquifères fissurés. Ces réservoirs sont d’une importance capitale dans le contexte économique actuel. Néanmoins, l’exploitation de ce type de réservoir représente des risques industriels et des challenges techniques qui doivent être gérés pour réduire leur empreinte sur l’environnement.Ce travail apporte une quantité significative de nouvelles données et des méthodes pour caractériser les réservoirs carbonatés non-conventionnels. Il démontre l’importance des figures de compaction (stylolites, microstylolites et faisceaux de pression-dissolution) sur la capacité de stockage des fluides dans ce type de réservoir. Il montre aussi que l’évolution diagénétique des sédiments carbonatés hémipélagiques dépend de processus précoces (cimentations précoces, compaction différentielle) et éventuellement de réactivations plus tardives (inversion de contraintes tectoniques). Le couplage des modèles 3D avec les géostatistiques apparaît comme un protocole valide et rapide pour identifier les éléments clef (faciès, fractures et stylolites) qui jouent un rôle dans la distribution des hétérogénéités pétrophysiques des réservoirs non-conventionnels. Cette méthode permet aussi de générer des modèles équiprobable de corps géologiques fracturés et perméables permettant de possible investigations sur la distribution des zones d’écoulement préférentiels. / Hemipelagic limestones from the South-East of France are characterized by low values of porosity and permeability that allow considering these rocks as potential analogs to unconventional oil and gas reservoirs or fissured aquifers. These reservoirs are of primary importance in today’s economical context where the energy and the water’s demands grow with the increase in the world population. Nevertheless, the industrial exploitation of such reservoirs faces series of environmental risks and technical challenges that require to be managed in order to reduce their footprint on the environment.This work brought a significant amount of new data on unconventional carbonate reservoirs. It highlights how important compaction features (stylolites, microstylolites, solution seams) may be to fluids storage in such reservoirs. It shows that the diagenetic evolution of hemipelagic carbonate sediments depends on both early processes (sorting, early cementation, differential compaction) and eventual late reactivations (under tectonic stress inversion for example). Coupling three-dimensional modeling with geostatistics appear as an accurate and fast protocol to identify key elements (facies, fractures and stylolite) that play a role in the petrophysical heterogeneity of such unconventional reservoirs. This method also allows identifying equiprobable models of fractures geobodies and investigating the distribution of flow preferential pathways.

L'objectif de cette thèse vise à améliorer la définition des vibrations (« mouvement sismique ») sur des sites « durs » (sédiments raides ou rochers) liés à des scénarios (séismes de magnitude entre 5 et 6.5, distances inférieures à 50 kilomètres) représentatifs du contexte métropolitain français. Afin de contraindre ces mouvements sismiques sur sites « durs », une base de données accélérométriques a été construite, à partir des enregistrements accélérométriques japonais K-NET et KiK-net qui ont l'avantage d'être publiques, nombreux et de grande qualité. Un modèle de prédiction des mouvements sismiques (spectre de réponse en accélération) a été conçu à partir de cette nouvelle base. La comparaison entre modèles théoriques et observations montre la dépendance des vibrations sur sites rocheux à la fois aux caractéristiques de vitesse du site (paramètre classique décrivant la vitesse des ondes S dans les 30 derniers mètres) et aux mécanismes d'atténuation hautes fréquences (un phénomène très peu étudié jusque-là). Ces résultats confirment une corrélation entre ces deux mécanismes (les sites rocheux les plus mous atténuent plus le mouvement sismique à hautes fréquences) et nous proposons un modèle de prédiction du mouvement sismique prenant en compte l'ensemble des propriétés du site (atténuation et vitesse). Les méthodes nouvelles de dimensionnement dynamiques non linéaires (à la fois géotechniques et structurelles) ne se satisfont pas des spectres de réponse mais requièrent des traces temporelles. Dans le but de générer de telles traces temporelles, la méthode stochastique non stationnaire développée antérieurement par Pousse et al. 2006 a été revisitée. Cette méthode semi-empirique nécessite de définir au préalable les distributions des indicateurs clés du mouvement sismique. Nous avons ainsi développé des modèles de prédiction empiriques pour la durée de phase forte, l'intensité d'Arias et la fréquence centrale, paramètre décrivant la variation du contenu fréquentiel au cours du temps. Les nouveaux développements de la méthode stochastique permettent de reproduire des traces temporelles sur une large bande de fréquences (0.1-50 Hz), de reproduire la non stationnarité en temps et en fréquence et la variabilité naturelle des vibrations sismiques. Cette méthode présente l'avantage d'être simple, rapide d'exécution et de considérer les bases théoriques de la sismologie (source de Brune, une enveloppe temporelle réaliste, non stationnarité et variabilité du mouvement sismique). Dans les études de génie parasismique, un nombre réduit de traces temporelles est sélectionné, et nous analysons dans une dernière partie l'impact de cette sélection sur la conservation de la variabilité naturelle des mouvements sismiques. / The aim of this thesis is to improve the definition of vibrations ("seismic motion") on "hard" sites (hard soils or rocks) related to scenarios (earthquakes of magnitude between 5 and 6.5, distances less than 50 km) representative of the French metropolitan context.In order to constrain the seismic motions on "hard" sites, an accelerometric database was built, from the K-NET and KiK-net Japanese recordings which have the benefit of being public, numerous and high quality. A ground motion prediction equation for the acceleration response spectra was developed from this new database. The comparison between theoretical models and observations shows the dependence of vibration on rock sites in both the velocity characteristics of the site (classical parameter describing the S-wave velocity in the last 30 meters) and the high frequency attenuation mechanisms (a phenomenon little studied up to now). These results confirm a correlation between these two mechanisms (the high frequency seismic motion is more attenuated in the case of softer rock sites) and we propose a ground motion prediction equation taking into account all the properties of the site (attenuation and velocity).New methods of nonlinear dynamic analysis (both geotechnical and structural) are not satisfied with the response spectra but require time histories. To generate such time histories, the non-stationary stochastic method previously developed by Pousse et al. (2006) has been revisited. This semi-empirical method requires first to define the distributions of key indicators of seismic motion. We have developed empirical models for predicting the duration, the Arias intensity and the central frequency, parameter describing the frequency content variation over time. New developments of the stochastic method allow to reproduce time histories over a wide frequency band (0.1-50 Hz), to reproduce the non-stationarity in time and frequency and to reproduce the natural variability of seismic vibrations. This method has the advantage of being simple, fast and taking into account basic concepts of seismology (Brune's source, a realistic envelope function, non-stationarity and variability of seismic motion). In earthquake engineering studies, a small number of time histories is selected, and we analyze in the last part the impact of this selection on the conservation of the ground motion natural variability.

La prédiction des mouvements du sol générés par un séisme est un enjeu majeur pour la prise en compte du risque sismique. C’est l’un des objectifs du projet SIGMA dans le cadre duquel j’ai réalisé ma thèse. Celle-ci se compose de deux parties. La première se concentre sur la dépendance à la magnitude de la décroissance des paramètres des mouvements du sol avec la distance. Celle-ci est un sujet de préoccupation aussi bien pour l’utilisation des relations d’atténuation (GMPEs), que pour les méthodes basées sur l’utilisation de petits évènements en tant que fonctions de Green empiriques. Nous avons démontré qu’aux distances les plus faibles (inférieures à la longueur de la faille), l'effet de saturation dû aux dimensions de la faille est prépondérant. Aux distances plus importantes, l'effet de l’atténuation anélastique devient prépondérant. Nous avons donc montré qu’il pouvait être délicat de mélanger des données de différentes régions dans les GMPEs, et validé l’utilisation des fonctions de Green empiriques à toutes les distances. Dans la deuxième partie sont testées 3 différentes méthodes de simulations dans un contexte complexe : un code combinant une source étendue en k2 et des EGFs, un code point-source EGFs et un code stochastique. Nous avons choisi de travailler sur le séisme de magnitude Mw 5.9 (29 mai 2012) situé dans un bassin sédimentaire profond (la plaine du Po), et qui a engendré des sismogrammes souvent dominés par les ondes de surface. On y démontre que sans connaissance à priori du milieu de propagation, les méthodes basées sur des EGF permettent de reproduire les ondes de surface, les valeurs de PGA, de PGV, ainsi que les durées des signaux générés. / The prediction of ground motion generated by an earthquake is a major issue for the consideration of seismic risk. This is one of the objectives of SIGMA project in which I realized my thesis. It consists of two parts. The first focuses on the magnitude dependence of the ground motion parameters decay with distance. This is a concern both for the use of relation of attenuation (GMPEs) than methods based on the use of small events as empirical Green functions. We have shown that as the shorter distances (less than the length of the fault), the saturation effect due to the fault size is preponderant. For larger distances, it’s the eanelastic attenuation effect which becomes predominant. So we have shown that it can be tricky to mix data from different regions in GMPEs and we validated the use of empirical Green functions at every distance. In the second part are tested three different simulation methods in a complex context: a code combining finite fault source in k2 and EGFs, a point-source code with EGFs and a stochastic code. We chose to work on the Mw 5.9 earthquake (May 29, 2012) which occurs in a deep sedimentary basin (the Po plain), and which has generated seismograms often dominated by surface waves. We show that without a priori knowledge of the propagation medium, methods based on EGFs can reproduce surface waves, the values of PGA, PGV, and the durations of the signals generated.

Les milieux poreux font partie des formations géologiques assez répandue dans la nature et son sujet d'études intensives. L'engouement de ce sujet vient des multiples secteurs d'applications de ces recherches et leur importance dans notre société. Que ce soit de la part des sociétés pétrolières qui souhaitent optimiser leurs moyens de productions, les agences de contrôles environnementaux qui veulent prévenir la contamination de nappe phréatique et la fuite de déchets nucléaires ou encore des industriels avec des problèmes de drainages et de réhabilitation de mines, tous ces acteurs dépendent des recherches faites dans ce domaine. Cependant, un des principaux problèmes de ce sujet est l'inaccessibilité des milieux que nous voulons étudier. Pour palier à cela de nombreuses équipes se sont tournées vers la simulation numérique. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre et utilise le module PARADIS du logiciel d'hydrogéologie H2olab pour modéliser le transport de particules dans des milieux poreux fortement hétérogènes. Grâce aux données obtenues et à des comparaisons avec la littérature nous montrerons l'effet du passage au 3D sur la topologie de l'écoulement et les répercussions sur le transport de particules ainsi que l'effet de la diffusion moléculaire sur les coefficients de macro-dispersion. Enfin nous proposerons deux lois de transport reliant macrodispersion, variance du champ de perméabilité et diffusion moléculaire. / Heterogeneous porous media have been intensively studied these last fifty years. The popularity of this subject come from the multiple areas where these researches can be applied and their importance to our society. Whether from the oil companies that want to optimize their methods of production, environmental control agencies who want to prevent contamination of ground water and leakage of nuclear waste or industrial with drainage issues and mine rehabilitation, all these actors depend on research done in this area. However, one of the main problems of this subject is the accessibility of these porous media which are often several hundred meters underground. To overcome this, many teams have turned to computer simulation. This thesis is among them and uses the PARADIS module from the hydrogeology software H2olab to model particle transport in highly heterogeneous porous media. Thanks to the data obtained and comparisons with the literature, we show the impact of switching from a 2D to a 3D porous media on the ow topology and the repercussions on the particle transport. Furthermore, we also investigated the effect of molecular diffusion coefficients on macro-dispersion. Finally, we will propose two empirical functions linking macro-dispersion variance of the permeability field and molecular diffusion.

L’objectif de cette thèse est de mieux appréhender les déterminants du risque souverain et de la soutenabilité budgétaire des pays émergents, afin d’identifier les éléments qui permettraient à ces pays de se protéger d’un tel risque. Nous mettons en place des outils économétriques et théoriques adaptés aux particularités de ces pays. Ces derniers sont ensuite déclinés pour tenter d’anticiper les épisodes de défaut souverain sévère via un modèle à changement de régime de type "early warning", pour effectuer des simulations stochastiques de ratio de dette souveraine à moyen-terme et évaluer les effets de politiques budgétaires définies à cet horizon et enfin, pour caractériser la distribution du ratio de dette externe de ces pays. Cette thèse entend ainsi identifier les pays qui semblent les plus exposés au risque souverain et définir des recommandations de politique économique qui prennent en compte l’hétérogénéité au sein du «bloc» des pays émergents et au cours du temps. / The objective of this thesis is to obtain a better understanding of the determinants of sovereign default and medium-term sustainability inemerging market countries, so as to define ways through which they may protect themselves from these sovereign risks. We provide econometric tools and a theoretical model that are adapted to these countries’ specific features. This aims to anticipate severe sovereign default episodes through a regime switching early-warning type model, to assess medium-term public debt prospects and the impact of defined fiscal policies through stochastic debt simulations and to characterize the distribution of the external debt ratio of emerging market countries. It eventually enables to identify the countries that are the most exposed to sovereign risk and to draw up a set of policy recommendations, allowing for a differentiation within this heterogeneous block of countries and through time.