En France, à partir de 2012, tous les bâtiments neufs devront répondre aux critères de basse consommation, c'est-à-dire qu'ils devront consommer moins de 50 kW.h/(m².an) en énergie primaire pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage (à moduler selon la région et l'altitude). La simulation numérique a un rôle important à jouer pour atteindre cet objectif.<br />Les environnements de simulation énergétique existants ont été conçus pour des bâtiments classiques pour lesquels les consommations sont beaucoup plus importantes que celles fixées pour 2012, il faut donc voir si les modèles mais aussi les méthodes de simulations utilisés correspondent toujours aux spécificités de ces nouveaux bâtiments. L'objectif de ce travail est de montrer l'intérêt d'utiliser un environnement de simulation basé sur les systèmes d'équations pour étudier le comportement énergétique des bâtiments basse consommation. <br />Pour cela, plusieurs modèles ont été implémentés dans l'environnement SIMSPARK. Il s'agit d'un modèle de matériau à changement de phase, d'un modèle de prise en compte du rayonnement de courtes longueurs d'onde par calcul de la tache solaire et d'un modèle d'échangeur air-sol. Ils ont été intégrés dans un modèle global de bâtiment basse consommation ce qui a permis de montrer les avantages de l'environnement de simulation utilisé. Le fait qu'il soit orienté objet permet de valider indépendamment les nouveaux modèles puis de les intégrer facilement à un modèle de niveau hiérarchique supérieur. Le fait qu'il soit basé sur les systèmes d'équations a permis grâce à la non orientation a priori du modèle d'inverser le sens de résolution de plusieurs problèmes dans une simulation dynamique. Enfin, la robustesse des méthodes de résolution utilisées a été éprouvée.

Le but de ce travail était d'étudier la partie soluble (soit plus de 90% du total) des impuretés contenues dans les neige et glace antarctiques, afin de mieux comprendre la chimie atmosphérique actuelle et passée de la Terre. Grâce à 2 techniques nouvelles (la mesure de la teneur en H+, encore appelée acidité forte, et la chromatographie ionique) que nous avons adaptées à l'étude des traces, nous avons pu étudier de manière systématique cette partie soluble des impuretés. Après avoir résolu les problèmes de contamination, près de 10,000 mesures ont été réalisées sur des échantillons de Byrd (Antarctique de l'Ouest), du Pôle Sud, du Dôme C, Vostok et de Terre Adélie (Antarctique de l'Est), couvrant des échelles de temps allant de quelques années à quelques dizaines de milliers d'années. Nous avons pu montrer que la partie soluble des impuretés est bien représentée par les ions Na+, Mg2+, Ca2+, NH4+, K+, H+, CI-, NO3-, et SO42-. Pour la première fois le nécessaire équilibre (balance ionique) entre cations et anions a pu être vérifié pour la neige et la glace antarctiques. Cette balance ionique bien équilibrée nous a alors permis de montrer que, pour le climat actuel, la neige contenait essentiellement du sel de mer et 3 acides minéraux (H2SO4, HNO3 et HCl). Durant la dernière glaciation (il y a 18 000 ans), la neige contenait une plus grande variété de composés chimiques solubles: acides minéraux, sel de mer mais aussi des composés tels que CaSO4, la présence de ce dernier concordant avec l'augmentation des teneurs en aérosol désertique de cette neige ancienne. Les teneurs en impuretés de la neige ont été discuté en relation avec la chimie atmosphérique, le difficile problème posé par la relation air-neige étant abordé au cas par cas. Nos résultats suggèrent que H2SO4 présent dans la neige provient de la conversion du DMS émis par l'activité biogénique marine. Sur ce "bruit de fond" de H2SO4 se superposent des fluctuations importantes mais brèves liées à l'activité volcanique explosive. Nous avons pu repérer dans la neige les retombées de grandes éruptions (Agung en 1963, Krakatoa en 1883 et Tambora en 1815). En outre, nos mesures montrent l'importance d'une éruption survenue en 1822 (Galunggung ?), cette dernière n'était pas jusqu'ici répertoriée parmi les grandes éruptions dans les catalogues volcaniques. L'étude des impuretés d'origine marine montre que le rapport Cl/Na dans la neige, voisin de la valeur de l'eau (1,8) dans les régions côtières, devient très variable dans les régions centrales. Le bilan ionique équilibré a permis de démontrer que lorsque les rapports supérieurs à 1.8 sont liés à la présence d'HCl ce qui suggère une altération de l'aérosol marin au cours de son transport à travers le continent antarctique. Le cas de HNO3 apparait plus complexe encore, et nous n'avons pas toujours pu expliquer les variations observées. Cependant, nos résultats ne confirment pas l'hypothèse avancée antérieurement d'une modulation des teneurs en nitrate par l'activité solaire. L'étude de la neige déposée durant la dernière glaciation a permis d'imaginer ce qu'était l'environnement atmosphérique passé de la Terre. Tout d'abord l'augmentation des teneurs en sodium confirme l'hypothèse déjà émise d'une circulation atmosphérique plus vigoureuse à cette époque. Par ailleurs, l'augmentation des poussières insolubles d'origine terrigène suggère de nouveau un transport plus actif mais aussi une aridité plus marquée des continents à cette époque.

Cette thèse est consacrée à l'histoire des solides du système solaire primitif. Nous étudions la dynamique des composants chondritiques et trouvons que leur préservation pendant plusieurs Ma dans le disque protoplanétaire nécessite une zone morte. Cette dynamique est essentiellement gouvernée par un paramètre de découplage gaz-solide S que nous conjecturons avoir été <1 et >1 lors de l'accrétion des chondrites carbonées et non carbonées, respectivement. Nous étudions aussi des modèles réduits pour l'interaction entre la turbulence magnétohydrodynamique et la sédimentation de la poussière ainsi que l'instabilité d'écoulement linéaire. Nous mesurons la concentration d'éléments en trace dans les phases des chondres dans Vigarano, Renazzo, Acfer 187, Bishunpur et Sahara 97096. L'olivine dans les chondres de type I semble résulter d'une cristallisation à l'équilibre tandis que le pyroxène enregistre des taux de refroidissement rapides et est compatible avec une interaction gaz-liquide.

Habilitation à Diriger des Recherches : Processus aléatoires invariants d'échelle et analyse multirésolution pour la modélisation d'observations de systèmes physiques

Les satellites scientifiques sont immergés dans divers environnements spatiaux, entourés par des plasmas qu'ils sont supposés analyser, en utilisant des instruments de types détecteurs de particules. La présence de ces structures dans le plasma conduit à une variété d'interactions satellite/plasma complexes et inter-corrélées. L'environnement spatial influence la structure du satellite qui modifie son environnement. Les instruments embarqués mesurent un environnement perturbé et il est difficile de distinguer le signal naturel des mesures biaisées. Le but est d'étudier et d'améliorer la compréhension des interactions satellite/plasma, au moyen de simulations numériques effectuées avec le logiciel SPIS pour les basses énergies (<100 eV) puisque ces particules sont les plus affectées par les perturbations. L'objectif est de comprendre les mesures de plasmas sur des cas réalistes, en établissant une méthodologie de simulation de ces problématiques. Je simule les interactions ayant lieu entre les missions Solar Probe Plus, Solar Orbiter, Cluster dans leurs environnements respectifs et les mesures associées. L'analyse des résultats obtenus et leurs comparaisons à des données réelles permettent de comprendre les différents cas de figure et de valider la méthodologie développée au cours de cette thèse.

La détection et la caractérisation d'exoplanètes apparaissent clairement comme des thèmes centraux de l'observation astronomique pour les années à venir. Les projets spatiaux ou au sol sont nombreux (HARPS, CoRoT, Kepler, JWST, SPHERE...), mais les études théoriques visant à l'analyse et à la compréhension des données recueillies et à venir sont nécessaires. Durant cette thèse j'ai étudié divers processus physiques affectant la structure interne et l'évolution des planètes géantes, aussi bien au sein, qu'à l'extérieur de notre système solaire. J'ai notamment modélisé en détail: -L'impact de l'irradiation intense émise par l'étoile sur l'atmosphère d'une planète à faible distance orbitale, et l'effet induit sur l'évolution interne de cette planète. -Le couplage par dissipation de marée de l'évolution orbitale et thermique d'une planète interagissant avec sa proche étoile parente. -L'effet de la déformation due aux marées sur les paramètres observables d'une planète en transit grâce au suivi photométrique de son passage devant l'étoile. -L'incidence sur la structure et l'évolution d'une diminution de l'efficacité du transport de chaleur par convection due à un gradient d'éléments lourd dans l'enveloppe gazeuse d'une planète géante, conduisant au phénomène de convection double-diffusive. A travers l'étude des ces divers processus, j'ai développé différents modèles analytiques et codes numériques qui sont à la fois flexibles et robustes, et qui permettent maintenant d'étudier certaines propriétés des nouveaux objets substellaires détectés à mesure qu'ils sont découverts.

Ce mémoire présente une analyse homogène et rigoureuse de l’échantillon d’étoiles naines blanches situées à moins de 20 pc du Soleil. L’objectif principal de cette étude est d’obtenir un modèle statistiquement viable de l’échantillon le plus représentatif de la population des naines blanches. À partir de l’échantillon défini par Holberg et al. (2008), il a fallu dans un premier temps réunir le plus d’information possible sur toutes les candidates locales sous la forme de spectres visibles et de données photométriques. En utilisant les modèles d’atmosphère de naines blanches les plus récents de Tremblay & Bergeron (2009), ainsi que différentes techniques d’analyse, il a été permis d’obtenir, de façon homogène, les paramètres atmosphériques (Teff et log g) des naines blanches de cet échantillon. La technique spectroscopique, c.-à-d. la mesure de Teff et log g par l’ajustement des raies spectrales, fut appliquée à toutes les étoiles de notre échantillon pour lesquelles un spectre visible présentant des raies assez fortes était disponible. Pour les étoiles avec des données photométriques, la distribution d’énergie combinée à la parallaxe trigonométrique, lorsque mesurée, permettent de déterminer les paramètres atmosphériques ainsi que la composition chimique de l’étoile. Un catalogue révisé des naines blanches dans le voisinage solaire est présenté qui inclut tous les paramètres atmosphériques nouvellement determinés. L’analyse globale qui en découle est ensuite exposée, incluant une étude de la distribution de la composition chimique des naines blanches locales, de la distribution de masse et de la fonction luminosité. / We present improved atmospheric parameters of nearby white dwarfs lying within 20 pc of the Sun. The aim of the current study is to obtain the best statistical model of the least-biased sample of the white dwarf population. A homogeneous analysis of the local population is performed combining detailed spectroscopic and photometric analyses based on improved model atmosphere calculations for various spectral types including DA, DB, DQ, and DZ stars. The spectroscopic technique is applied to all stars in our sample for which optical spectra are available. Photometric energy distributions, when available, are also combined to trigonometric parallax measurements to derive effective temperatures, stellar radii, as well as atmospheric compositions. A revised catalog of white dwarfs in the solar neighborhood is presented. We provide for the first time a comprehensive analysis of the mass distribution and the chemical distribution of white dwarf stars in a volume-limited sample.

L'introduction des nouvelles machines frigorifiques à absorption des petites puissances ouvre des nouvelles perspectives pour les systèmes solaires multifonction multi-source (SYSMFS) qui exploitent le potentiel de l'énergie solaire pour le chauffage, le refroidissement et la préparation de l'eau chaude sanitaire (ECS). Les systèmes solaires combinés (SSC), qui ont précédés les SYSMFS, manquaient néanmoins une procédure adaptée pour le dimensionnement de leurs composants principaux : le panneau solaire et le ballon solaire de stockage thermique. De point de vue de l'énergie et du coût d'investissement et d'exploitation, une méthode de dimensionnement basée sur le pic de charge ne conviendrait pas si la source d'énergie n'est pas garantie d'être stable dans le temps. Une optimisation des composants principaux par la simulation peut être alors une solution clef pour le dimensionnement optimal de SYSMFS. À partir des informations sur les SSC trouvées dans la littérature et celles de fabricant de la machine frigorifique, un schéma hydraulique initial a été élaboré pour un SYSMFS. La modélisation de ce schéma est complexe car des simulations et des modifications répétitives ont été nécessaires pour éliminer les problèmes potentiels de convergence de la solution. A partir de cette expérience, une méthodologie de conception assistée par simulation a été élaborée afin d'en profiter pour des modélisations similaires. En tant que telle, le modèle devrait être prêt pour la phase l'optimisation. Une étude paramétrique a été menée sur le modèle SYSMFS ; elle offre les donnés requises pour la comparaison des algorithmes d'optimisation qui sont testés par la suite. Le résultat de cette étude est une surface de réponse qui représente le coût du SYSMFS en fonction de la superficie du panneau solaire et du volume de stockage thermique du ballon solaire. Pour réduire le nombre des simulations requis par une étude paramétrique complète, l'utilisation d'un algorithme d'optimisation est nécessaire. Un algorithme basé sur le plan d'expérience (OptDOE) a été développé et sa performance est comparée avec celles d'un algorithme d'optimisation hybride sur une fonction de référence de Rosenbrock et sur le modèle SYSMFS. Comparé à l'algorithme hybride, OptDOE a montré une bonne performance. Le nombre de simulations est réduit et les valeurs optimales trouvées, par cette méthode, sont porches de celles de l'étude paramétrique L'OptDOE permet également de décrire le comportement du modèle SYSMFS au voisinage de l'optimum avec une fonction coût approximée. Cette information est importante surtout au cas où la fonction coût a la forme d'une vallée. Dans ce cas, des valeurs différentes de l'optimum donnent presque le même coût global.

L'organisation du traité d'interdiction complète des essais nucléaires (OTICE) dispose actuellement d'un réseau mondial de quarante-deux stations opérationnelles qui enregistrent les fluctuations de pression atmosphériques produites au niveau du sol par les ondes infrasonores. Cette thèse démontre que la plupart de ces stations détectent également, avec une grande précision, les fluctuations de pression dans toute la bande des ondes de gravité. Ce travail inclut la réalisation et l'analyse de plusieurs expériences de métrologie en laboratoire et d'une campagne de mesure temporaire (M2008) déployée en Mongolie en 2008. La planification puis l'interprétation des données de ces expériences a conduit au développement d'un nouveau modèle linéaire spectral numérique pour simuler la génération et la propagation des ondes de gravité. Ce modèle est notamment utilisé pour quantifier les ondes de gravité induites par le refroidissement atmosphérique produit lors d'une éclipse de Soleil. Les fluctuations de pression attendues au niveau du sol lors de l'éclipse du 1er août 2008 sont estimées et comparées aux données enregistrées par les stations infrasons de l'OTICE et du réseau M2008. Une analyse détaillée de ces données a montré l'existence de deux ondes avec des caractéristiques temps-fréquence similaires aux ondes simulées pour des refroidissements stratosphérique et troposphérique. Ceci constitue à notre connaissance un résultat original. La validation des enregistrements de pression dans toute la bande des ondes de gravité a permis de mener des études statistiques pluriannuelles et d'échelle mondiale sur les spectres d'ondes de gravité et les marées atmosphériques. Ces travaux de thèse ont conduit à la publication de deux articles. Un troisième est en préparation.

Les îles tropicales sont soumises à un ennuagement hétérogène et changeant rapidement. Par ailleurs, elles ont une ressource solaire importante mais significativement variable d’un jour à l’autre. Dans le sud-ouest de l’océan indien (SWIO), La Réunion fait partie de ces îles tropicales ayant un potentiel solaire colossal mais fortement intermittent. Dans cette étude, nous proposons une nouvelle approche de prévision déterministe des cartes journalières rayonnement solaire (SSR), basée sur quatre modèles de régression linéaire : une régression linéaire multiple (MLR), une régression en composantes principales (PCR), une régression des moindres carrés (PLSR) et une régression pas à pas (stepwise--SR). Ces quatre régressions sont appliquées sur les données satellites SARAH-E (CM SAF) à 5km de résolution entre 2007 et 2016, en vue d’en effectuer la prévision. Pour obtenir de meilleures performances, nous proposons d'inclure les paramètres multi-fractale (H,C_1 et α) comme nouveaux paramètres prédictifs. Ceux-ci sont obtenus à partir de l'analyse de l'intermittence du SSR basée sur la méthode d’analyse d’ordre spectral arbitraire de Hilbert. Cette analyse qui est une extension de la transformation d’Hilbert Huang (HHT) est utilisée afin d’estimer l’exposant d’échelle ξ(q). On effectue la combinaison d’une décomposition en mode empirique et de l’analyse spectrale de Hilbert (EMD + HSA). Dans une première étape, l’analyse multi-fractale est appliquée sur une mesure du SSR d'une seconde échelle à partir d'un pyranomètre SPN1 à Moufia en 2016. La moyenne infra journalière, journalière et saisonnière de la structure multi-fractale a été dérivée, et la loi d’échelle d’exposants ξ(q) a été analysée. Dans une seconde partie, l’analyse de l’intermittence est effectuée sur les mesures du SSR, d'une période d’une minute, à partir le réseau de SPN1 contenant 11 stations en 2014. Les modèles spatiaux pour toutes les stations avec les paramètres multi-fractales H,C_1 et α sont mis en évidence. La variabilité de la largeur du spectre de singularité est considérée pour étudier l'intermittence spatiale et la multi-fractalité dans l'échelle quotidienne et l'échelle saisonnière. Sur la base de ces analyses d'intermittence faites sur les mesures de plusieurs stations, les paramètres multi-fractaux universels (H,C_1 et α) pourraient être choisis comme de nouveaux prédicteurs afin d’indiquer les propriétés multi-fractales du SSR. / Due to the heterogeneous and rapidly-changing cloudiness, tropical islands, such as Reunion Island in the South-west Indian Ocean (SWIO), have significant solar resource that is highly variable from day-to-day. In this study, we propose a new approach for deterministic prediction of daily surface solar radiation (SSR) maps based on four linear regression models: multiple linear regression (MLR), principal component regression (PCR), partial least squares regression (PLSR), and stepwise regression (SR), that we have applied on the SARAH-E@5km satellite data (CM SAF) for the period during 2007-2016. To improve the accuracy of prediction, the multifractal parameters (H,C_1 and α) are proposed to include as new predictors in the predictive model. These parameters are obtained from the analysis of SSR intermittency based on arbitrary order Hilbert spectral analysis. This analysis is the extension of Hilbert Huang Transform (HHT) and it is used to estimate the generalized scaling exponent ξ(q). It is the combination of the Empirical Mode Decomposition and Hilbert spectral analysis (EMD+HSA). In a first step, the multifractal analysis is applied onto one-second SSR measurements form a SPN1 pyranometer in Moufia in 2016. The mean sub-daily, daily and seasonal daily multifractal patterns are derived, and the scaling exponent ξ(q) is analyzed. In a second step, the intermittency study is conducted on one-minute SSR measurements from a SPN1 network with 11 stations in 2014. The spatial patterns for all the stations with the multifractal parameters H,C_1 and α are shown. The variability of singularity spectrum width is considered to study the spatial intermittency at the daily and seasonal scale. Based on this intermittency analysis from measurements at several stations, the universal multifractal parameters (H,C_1 and α) could be taken as new predictors for indicating the multifractal properties of SSR.