Le document décrit différentes techniques expérimentales et numérique de spectroscopie vibrationnelle. Plusieurs exemples sont présentés, dans lesquels la spectroscopie vibrationnelle a eu un apport dans la compréhension d'une transition de phase ou d'une dynamique spécifique : transfert de proton dans des cristaux moléculaires, anharmonicité de verres fragiles, solidification inverse d'une solution de beta-cyclodextrine/4-methyl pyridine, dynamique des protéines.

L'environnement spatial constitue une contrainte radiative susceptible d'altérer le bon fonctionnement des dispositifs électroniques embarqués à bord des engins spatiaux, engendrant ainsi des défaillances. Dans le cadre de ces travaux, deux types de dysfonctionnements sont répertoriés : les effets cumulatifs dus à une accumulation continue d'énergie déposée tout au long d'une mission et les effets transitoires dus au passage d'une particule unique dans une zone sensible d'un composant ou à un dépôt d'énergie en un temps très court dans le cadre spécifique d'une explosion nucléaire exoatmosphérique. Lors des procédures de qualification des composants électroniques, ces deux effets sont traités séparément et ce, malgré une probabilité non négligeable qu'ils se produisent simultanément en vol. Ces travaux sont dédiés à l'étude de la synergie entre effets cumulatifs et effets transitoires sur différentes technologies bipolaires intégrées. Les résultats obtenus permettent de fournir des éléments de réponse sur l'éventualité d'une évolution des normes de test pour prendre en compte la menace que pourrait représenter ce phénomène. Ces travaux s'attachent également à étendre une méthodologie de simulation, basée sur une analyse circuit approfondie, dans l'optique de reproduire les perturbations transitoires « pire-cas » sur un amplificateur opérationnel à trois étages de plusieurs fabricants, survenues lors des tests sous faisceau laser, ions lourds et flash X. L'influence des effets cumulatifs sur la sensibilité des perturbations transitoires est prise en compte en faisant varier les paramètres internes du modèle en fonction de la dégradation de certains paramètres électriques issue des essais radiatifs des équipementiers. / The space environment is a radiative concern that affects on board electronic systems, leading to failures. It is possible to distinguish two types of effects: the cumulative effects due to continuous deposition of energy throughout the space mission and the transient effects due to the single energetic particle crossing a sensitive area of the component or deposition of energy in a very short time in the specific context of an exo-atmospheric nuclear explosion. During qualification procedures for space mission, these effects are studied separately. However, the probability that they occur simultaneously in flight is significant. As a consequence, this work is about the study of the synergy between both cumulative and transient effects on various integrated bipolar technologies. The present results are used to provide some answers about potential changes of test methods. This work also evaluates the predictive capability of the previously developed model to reproduce accurately both the fast and the long lasting components of transients in circuitry and so to model transients' effects. This simulation methodology is extended to an operational amplifier from different manufacturers and for three different synergistic effects. The comparison between transients obtained experimentally during heavy ions, pulse laser and flash X experiments and the predicted transients validates the investigated methodology. The cumulative effects are taken into account by injecting the internal electrical parameters variations using irradiation exposure.

Le milieu marin est insonifié par une grand variété de sources acoustiques, qui peuventêtre monitorées par des enregistreurs acoustiques passifs autonomes. Parmi les sons enregistrés, ontrouve un grand nombre de signaux transitoires (signaux éphémères de durée courte), auxquelsappartiennent notamment les signaux impulsionnels que nous étudions dans cette thèse. Les signauximpulsionnels ont des propriétés spécifiques, telles que leur durée très courte (<1ms), leur faiblenombre d’oscillations, leur forte directivité, qui les rendent difficiles à étudier avec les outils detraitement du signal traditionnels (transformée de Fourier, autocorrélation, etc.).Dans un premier temps, nous nous intéressons à la détection des sources qui émettent des sériesd’impulsions rythmées (dauphins, cachalots, bélugas). Cette détection, s’appuie uniquement surles temps d’arrivée des impulsions reçues, pour effectuer une analyse du rythme au moyen d’uneautocorrélation complexe, et construire une représentation temps-rythme, permettant : i) de détecterles rythmes, ii) de connaître les temps de début et fin des émissions rythmées, iii) de connaître lavaleur du rythme et son évolution.Dans un second temps, nous étudions le potentiel d’une technique appelée analyse par récurrence desphases, pour caractériser les formes d’onde des impulsions. Après avoir présenté le cadre général decette méthode d’analyse, nous l’utilisons dans trois chaînes de traitement répondant à chacune destâches suivantes : i) détection des transitoires, ii) caractérisation et reconnaissance des transitoires,iii) estimation des différences des temps d’arrivée des transitoires sur deux capteurs.Toutes les méthodes développées dans cette étude ont été testées et validées sur des données simuléeset sur des données réelles acquises en mer / The underwater environment is insonified by a wide variety of acoustic sourcesthat can be monitored by autonomous passive acoustic recorders. A large number of the recordedsounds are transient signals (short-finite duration signals), among which the pulse signals that westudy in this thesis. Pulse signals have specific properties, such as a very short duration (<1ms), fewoscillations, a high directivity, which make them difficult to study by classical signal processing tools(Fourier transform, autocorrelation).In the first part of this study, we develop a method to detect sound sources emitting rhythmic pulsetrains (dolphins, sperm whales, beluga whales). This detector uses only the time of arrival of pulses atthe hydrophone to perform a rhythm analysis based on a complex autocorrelation and a time-rhythmrepresentation. This allows : i) to detect rhythmic pulse trains, ii) to know the beginning and endingtimes of pulse trains, iii) to know the value of the rhythm.In the second part of this thesis, we study the potential of a method called Recurrence Plot Analysis tocharacterize waveforms of pulse signals. After a general presentation of this method we develop threesignal processing architectures based on it, to perform the following tasks : i) transient detection, ii)transient characterization and pattern recognition, iii) estimation of time difference of arrival of thetransient on two hydrophones.All the methods developped in this thesis are validated on simulated and real data recorded at sea.

Les Stations de Transfert de l’Énergie par Pompage (STEP) munies de turbines-pompes réversibles de type Francis (TP) permettent de stocker et de restituer de grandes quantités d’énergie avec des rendements très élevés. Celles-ci apparaissent comme un moyen viable d’assurer la réactivité et la stabilité du réseau électrique vis-à-vis de l’augmentation croissante des sources d’énergie renouvelables intermittentes. Pour répondre aux nouveaux besoins en régulation du réseau électrique, la technologie actuelle des STEP doit être adaptée. Accroître la réactivité requiert d’optimiser les procédures de démarrage et d’arrêt des machines. Dans les quadrants turbine, turbine-frein et pompe inverse, les TP de haute chute ont des courbes caractéristiques présentant la forme d’un « S ». Cette forme particulière peut engendrer des coups de béliers lors des phases d’arrêts d’urgences, exposant les conduites à de sévères surpressions et dépressions. De plus, pour ces points de fonctionnement associés au « S » les écoulements sont fortement instationnaires et induisent des fluctuations de pression responsables de chargements dynamiques sur les parties mécaniques. Les objectifs de ce travail sont la modélisation et la compréhension des phénomènes hydrauliques complexes liés au « S ». Des simulations numériques instationnaires sont réalisées en utilisant le modèle de turbulence SAS-SST. Moins couteux que les modèles LES, ce modèle permet de résoudre d’une partie du spectre turbulent et ainsi de prendre en compte les principaux effets instationnaires. Trois configurations de turbine-pompe de même vitesse spécifique (nq=40) sont étudiées. Une seule (grande) ouverture de directrices est retenue pour chaque configuration. Les points de fonctionnement considérés couvrent une large gamme de conditions d’opération, allant du fonctionnement en régime continu (rendement élevé) jusqu’au débit nul, en passant par le point d’emballement. Les résultats des calculs sont comparés aux mesures expérimentales. La bonne corrélation entre valeurs numériques et expérimentales valide la pertinence du modèle numérique. Les analyses des performances de la machine et des fluctuations de pression permettent d’identifier les régions de l’écoulement associées aux principales instabilités. Enfin, les visualisations de l’écoulement couplées à une étude des mécanismes de dissipation de l’énergie mettent en évidence les principaux phénomènes à l’origine de la forme en « S » des courbes caractéristiques. / Pumped Storage Plants (PSP) using reversible Francis pump-turbines can store large amounts of energy with high efficiency. They therefore appear as a cost-effective tool to provide stability to the energy production network against the intermittency of renewable energy sources. Nevertheless, start-up and shutdown procedures still need to be improved to increase the reactivity of the PSP. Reversible high head pump-turbines have characteristic curves that exhibit an S-Shape in the turbine, turbine-brake and reverse pump quadrants. This S-Shape may be responsible for surge transient phenomena in the case of an emergency shutdown (for large guide vane opening). Moreover, for operating point in the S-Shape region, the flow is highly unsteady and leads to a high level of pressure fluctuations and strong dynamic loadings on the mechanical parts. The objective of the current work is to perform a comprehensive study of the complex hydraulic phenomena linked with the S-Shape. Unsteady numerical computations are carried out using the turbulence model SAS-SST. Such a model can resolve part of the turbulent spectrum while maintaining affordable computational cost. It therefore offers an interesting alternative to more expensive LES computations. Three different configurations of pump-turbine with the same specific speed (nq=40) are investigated. Several operating conditions from optimal efficiency point to zero discharge condition for a given large guide vane opening are studied. Numerical results show good agreement with the experimental data. Accuracy of the numerical model is thus assessed. The investigations of the global performances of the pump-turbine and the pressure pulsations help to identify the region of the flow which are associated with the main instabilities. Finally, flow visualizations linked with the analysis of the mechanisms of energy dissipation reveal the major flow phenomena at the origin of the S-Shape.

La fonte rapide des glaces de l'Arctique dans le contexte actuel du réchauffement climatique est un sujet scientifique majeur de ces 30 dernières années. L'Arctique joue un rôle fondamental dans l'équilibre du climat et requiert une attention particulière. Les régions arctiques sont alors surveillées par des observations satellitaires et des mesures in-situ. L'impact climatique de la fonte totale de la glace arctique est encore spéculatif. Des recherches sont donc nécessaires pour le suivi à long terme de l'Océan Arctique, en particulier la dynamique spatio-temporelle de la couverture de glace et ses conséquences sur les écosystèmes. Notre travail s'inscrit dans ce contexte, et est porté sur le paysage sonore des régions polaires avant leur possible industrialisation qui accompagnera la fonte de la glace. Ainsi, nous avons d'abord examiné les conséquences de la disparition du couvert de glace sur les paysages sonores de ces régions. Nous avons alors étudié les variations saisonnières du bruit de fond et ses pilotes environnementaux. De ce fait, nous avons développé un algorithme d'estimation du bruit ambiant afin de pouvoir constituer des séries temporelles à partir des données acoustiques longue durée. Deuxièmement, nous avons étudié les transitoires générés par le comportement mécanique de la banquise en Arctique. Cette étude vise d'une part à comprendre le mécanisme de production de ces transitoires sous la glace, et d'autre part à évaluer leur potentiel comme moyen d'observation de la dynamique de la glace de mer. / The Arctic sea ice melting, in the global warming context, has become a major scientific topic during the last 30 years. The Arctic Ocean plays a fundamental role in the global climate balance and requires a particular attention. The Arctic Regions are then monitored by satellite observations and in-situ measurements. The climatic impact of the total melting of the Arctic sea ice is not yet understood and researches are still needed for long term monitoring of Arctic Ocean, particularly the dynamics of the ice cover and its consequences on the ecosystems. Our work focused on the natural soundscapes of these Polar Regions prior to their possible industrialization. So, we first examined the impact of climate warming alone on polar soundscapes by studying the seasonal variability of ambient noise and its environmental drivers. We then developed an ambient noise estimation algorithm for automatic extraction of this noise component from long term measurements. In second, we examined the acoustic transients generated by the mechanical behavior of the ice cover at its maximum extent. This aims to better understanding of the physical processes involved in under-ice noise production and their potential use for sea ice monitoring.

Les effets dus à la radiation peuvent provoquer des pannes dans des circuits intégrés. Lorsqu'une particule subatomique, fait se déposer une charge dans les régions sensibles d'un transistor cela provoque une impulsion de courant. Cette impulsion peut alors engendrer l'inversion d'un bit ou se propager dans un réseau de logique combinatoire avant d'être échantillonnée par une bascule en aval.Selon l'état du circuit au moment de la frappe de la particule et selon l'application, cela provoquera une panne observable ou non. Parmi les événements induits par la radiation, seule une petite portion génère des pannes. Il est donc essentiel de déterminer cette fraction afin de prédire la fiabilité du système. En effet, les raisons pour lesquelles une perturbation pourrait être masquée sont multiples, et il est de plus parfois difficile de préciser ce qui constitue une erreur. A cela s'ajoute le fait que les circuits intégrés comportent des milliards de transistors. Comme souvent dans le contexte de la conception assisté par ordinateur, les approches hiérarchiques et les techniques d'abstraction permettent de trouver des solutions.Cette thèse propose donc plusieurs nouvelles techniques pour analyser les effets dus à la radiation. La première technique permet d'accélérer des simulations d'injections de fautes en détectant lorsqu'une faute a été supprimée du système, permettant ainsi d'arrêter la simulation. La deuxième technique permet de regrouper en ensembles les éléments d'un circuit ayant une fonction similaire. Ensuite, une analyse au niveau des ensemble peut être faite, identifiant ainsi ceux qui sont les plus critiques et qui nécessitent donc d'être durcis. Le temps de calcul est ainsi grandement réduit.La troisième technique permet d'analyser les effets des fautes transitoires dans les circuits combinatoires. Il est en effet possible de calculer à l'avance la sensibilité à des fautes transitoires de cellules ainsi que les effets de masquage dans des blocs fréquemment utilisés. Ces modèles peuvent alors être combinés afin d'analyser la sensibilité de grands circuits. La contribution finale de cette thèse consiste en la définition d'un nouveau langage de modélisation appelé RIIF (Reliability Information Ineterchange Format). Ce langage permet de décrire le taux des fautes dans des composants simples en fonction de leur environnement de fonctionnement. Ces composants simples peuvent ensuite être combinés permettant ainsi de modéliser la propagation de leur fautes vers des pannes au niveau système. En outre, l'utilisation d'un langage standard facilite l'échange de données de fiabilité entre les partenaires industriels.Au-delà des contributions principales, cette thèse aborde aussi des techniques permettant de protéger des mémoires associatives ternaires (TCAMs). Les approches classiques de protection (codes correcteurs) ne s'appliquent pas directement. Une des nouvelles techniques proposées consiste à utiliser une structure de données qui peut détecter, d'une manière statistique, quand le résultat n'est pas correct. La probabilité de détection peut être contrôlée par le nombre de bits alloués à cette structure. Une autre technique consiste à utiliser un détecteur de courant embarqué (BICS) afin de diriger un processus de fond directement vers le région touchée par une erreur. La contribution finale consiste en un algorithme qui permet de synthétiser de la logique combinatoire afin de protéger des circuits combinatoires contre les fautes transitoires.Dans leur ensemble, ces techniques facilitent l'analyse des erreurs provoquées par les effets dus à la radiation dans les circuits intégrés, en particulier pour les très grands circuits composés de blocs provenant de divers fournisseurs. Des techniques pour mieux sélectionner les bascules/flip-flops à durcir et des approches pour protéger des TCAMs ont étés étudiées. / The main objective of this thesis is to develop techniques that can beused to analyze and mitigate the effects of radiation-induced soft errors in industrialscale integrated circuits. To achieve this goal, several methods have been developedbased on analyzing the design at higher levels of abstraction. These techniquesaddress both sequential and combinatorial SER.Fault-injection simulations remain the primary method for analyzing the effectsof soft errors. In this thesis, techniques which significantly speed-up fault-injectionsimulations are presented. Soft errors in flip-flops are typically mitigated by selectivelyreplacing the most critical flip-flops with hardened implementations. Selectingan optimal set to harden is a compute intensive problem and the second contributionconsists of a clustering technique which significantly reduces the number offault-injections required to perform selective mitigation.In terrestrial applications, the effect of soft errors in combinatorial logic hasbeen fairly small. It is known that this effect is growing, yet there exist few techniqueswhich can quickly estimate the extent of combinatorial SER for an entireintegrated circuit. The third contribution of this thesis is a hierarchical approachto combinatorial soft error analysis.Systems-on-chip are often developed by re-using design-blocks that come frommultiple sources. In this context, there is a need to develop and exchange reliabilitymodels. The final contribution of this thesis consists of an application specificmodeling language called RIIF (Reliability Information Interchange Format). Thislanguage is able to model how faults at the gate-level propagate up to the block andchip-level. Work is underway to standardize the RIIF modeling language as well asto extend it beyond modeling of radiation-induced failures.In addition to the main axis of research, some tangential topics were studied incollaboration with other teams. One of these consisted in the development of a novelapproach for protecting ternary content addressable memories (TCAMs), a specialtype of memory important in networking applications. The second supplementalproject resulted in an algorithm for quickly generating approximate redundant logicwhich can protect combinatorial networks against permanent faults. Finally anapproach for reducing the detection time for errors in the configuration RAM forField-Programmable Gate-Arrays (FPGAs) was outlined.

Dimensionnée de manière semi-empirique, la voie ferrée est un système mécanique dont le comportement dynamique reste difficile à appréhender et à quantifier. Un outil numérique peut alors être à la fois une aide à la conception, en évaluant la performance de nouvelles structures, et un élément de diagnostic sur les voies existantes, en complément de mesures terrain adaptées.L'outil développé dans ce travail s'appuie sur les techniques de résolution des équations de propagation dans les guides d'ondes dans le domaine des fréquences/nombres d'onde. Sa particularité est l'introduction d'un modèle réduit basé sur une sous-structuration périodique de la structure, en ne conservant, pour la résolution des équations de dispersion, que quelques nombres d'onde judicieusement choisis. En s'appuyant sur cette technique de réduction de modèle et son extension à des modèles temporels avec contact mobile, les coûts de calcul et de stockage sont largement diminués. Cela en fait un outil performant et utilisable dans des études d'ingénierie portant sur la voie ferrée.Des étapes de vérifications numériques sur les hypothèses sous-jacentes à la réduction ont été réalisées en construisant un modèle fréquentiel complet par transformée de Floquet. En parallèle, des campagnes d'essais dynamiques (mesures de réceptance et d'accélération sur traverse au passage des trains) ont été réalisées sur une zone de transition entre voie ballastée et voie sur dalle sur ligne à grande vitesse. Les résultats obtenus expérimentalement permettent de valider les simulations dans les domaines temporel et fréquentiel sur les différentes zones de la transition. Le modèle permet de mieux comprendre l'effet de la sous-structure sur le comportement dynamique. Une des grandes avancées de ce travail est également l'introduction d'une stratégie permettant d'utiliser la méthode de réduction pour coupler des zones présentant des tranches différentes. Des outils de post-traitement ont été développés pour mettre en lumière les effets dynamiques générés par la transition. / Railway tracks have evolved over years based on empirical results and their dynamic behavior still can be difficult to assess or to quantify. A numerical model can thus provide assistance in track design by assessing the mechanical performance of new structures, or allowing the diagnostic of existing track parts, as a complement to relevant in-situ measurements.The numerical model developed in this work combines a reduction strategy with numerical techniques used to solve the propagation equations in waveguides in the frequency / wave number domains. The peculiarity of the exposed methodology is the introduction of a model based on a periodic sub structuring of the track, keeping only a few wavelengths carefully chosen to solve dispersion equations. Based on this model reduction technique and its extension to time domain models with moving contact, the computational time and storage capacity required are greatly reduced. Thus, this model is efficient and useful for engineering purposes in railway tracks studies.Numerical validation of the reduction is carried out by building a complete reference model in the frequency domain. In parallel, measurement campaigns (receptance measurement and sleeper acceleration under passing trains) were performed on a transition zone between ballasted and slab tracks on a High Speed Line. These tests are compared to simulation results in both time and frequency domains on different areas of the transition. After successful validation, the model is used to improve understanding of the role of the substructure on the dynamic behavior.The final major development of this work is the introduction of a strategy to extend the reduction to piecewise periodic structures and the development of post-processing tools to highlight the dynamic effects generated by the transition zone.

Cette thèse traite de la modélisation et de la simulation des écoulements diphasiques transitoires eau-vapeur. Dans de nombreuses installations industrielles, des écoulements monophasiques d'eau liquide sont susceptibles de devenir diphasiques lors de certaines situations transitoires. La modélisation de ces écoulements peut s'avérer délicate car deux phénomènes physiques interagissant fortement entre eux, le changement de phase et la propagation d'ondes de pression, sont alors à prendre en compte. Une approche bifluide statistique, ne supposant aucun équilibre entre les phases, est utilisée afin de modéliser de tels écoulements. Les modèles obtenus sont de type convection-source et s'apparentent au modèle de Baer-Nunziato. Différentes lois de fermeture pour ces modèles sont comparées sur des cas expérimentaux de transitoires eau-vapeur tels que les coups de bélier et la dépressurisation d'une tuyauterie d'eau liquide suite à une rupture.La simulation numérique des différents modèles est effectuée grâce à une méthode à pas fractionnaires. Un nouveau schéma de convection, robuste et efficace, capable de gérer toute equation d'état est utilisé dans la première étape de cette méthode. La seconde étape est dédiée au traitement des termes sources et requiert différents schémas implicites. Une grande attention est accordée à la vérification de tous les schémas numériques utilisés grâce à des études de convergence. Une nouvelle modélisation du transfert de masse est également proposée, sur la base de travaux dédiés à la brusque dépressurisation d'eau liquide en approche homogène. La validation du modèle est effectuée grâce de nombreuses comparaisons calcul-expérience. / This thesis deals with the modelling and the computation of steam-water two-phase flows. Liquid water flows are involved in many industrial facilities and a second phase may appear in some transients situations. Thus, pressure wave propagation and mass transfer are physical phenomena that need to be properly included in the modelling of such two-phase flows. A statistical two-fluid approach is used, leading to models similar to the Baer-Nunziato one. They include both convective and source terms without any assumption on the equilibrium between phases. Different closure laws for such models are compared on steam-water transient experiments including water-hammers and fast depressurization of liquid water. The computation of the different models is based on a fractional step method. A new convective scheme, able to deal with any Equation Of State, is used in the first step of the method. When compared with other schemes, it appears to be accurate, efficient and very robust. The second step of the method is dedicated to the treatment of source terms and requires several implicit schemes. Particular attention is paid to the verification of every scheme involved in the method. Convergence studies are carried out on test-cases with analytical solutions to that purpose. Based on existing work on fast depressurization of liquid water in an homogeneous approach, a new formulation of the mass transfer is proposed. Many comparisons between computational and experimental results are detailled in order to validate the models.

Un gaz à l'intérieur d’un microsystème ou d’un milieu poreux est dans un état hors équilibre, car le libre parcours moyen des molécules est comparable à la dimension caractéristique du milieu. Ce même état degaz, appelé raréfié, se retrouve en haute altitude ou dans un équipement de vide à basse pression. Ces gaz raréfiés suivent des types d’écoulements qui peuvent être décrits par des modèles cinétiques dérivés de l'équation de Boltzmann. Dans ce travail nous présentons les principaux modèles et leurs mises en oeuvre numériquepour la simulation des écoulements de gaz raréfiés. Parmi les modèles utilisés nous présentons les deux modèles complets de l'équation de Boltzmann, le modèle de Shakhov(S-model) pour un gaz monoatomique et le modèle de McCormack pour un mélange de gaz toujours monoatomiques. La méthode des vitesses discrètes est utilisée pour la discrétisation numérique dans l'espace des vitesses moléculaires et le schéma de type TVD est mis en œuvre dans l'espace physique. L’aspect original de ce travail se situe sur les régimes transitoires et, en particuliersur les comportements non-stationnaires des transferts de chaleur et de masse. Cependant, pour certaines configurations nous considérons uniquement les conditions stationnaires des écoulements et un schéma implicite est développé afin de réduire le coût de calcul. En utilisant ces approches numériques, nous présentons les résultats pour plusieurs types d’écoulements non-stationnaires, de gaz raréfiés monoatomiqueset de mélanges binaires de gaz monoatomiques. / A gas inside the microsystems or the porous media is in its non-equilibrium state, due to the fact that the molecular mean free path is comparable to the characteristic dimension of the media. The same state of a gas, called rarefied, is found at high altitude or in the vacuum equipment working at low pressure. All these types of flow can be described by the kinetic models derived from the Boltzmann equation. This thesis presents the development of the numerical tools for the modeling and simulations of the rarefied gas flows. The two models of the full Boltzmann equation, the Shakhov model (S-model) for the single gas and the McCormack model for the gas mixture, are considered. The discrete velocity method is used to the numerical discretization in the molecular velocity space and the TVD-like scheme is implemented in the physical space. The main aspect of this work is centered around the transient properties of the gas flows and, especially, on the transient heat and mass transfer behaviors. However, for some configurations only steady-state solutions are considered and the implicit scheme is developed to reduce the computational cost. Using the proposed numerical approach several types of the transient rarefied single gas flows as well as the binary mixture of the monoatomic gases are studied.

Un nouveau logiciel CFD, LaBS, basé sur la méthode de lattice Boltzmann sur Réseau a été développé dans le cadre d'un projet entre universités et industries. LaBS est utilisé pour la simulation numérique des écoulements thermiques avec un nouveau modèle de frontière immergée pour les conditions limites thermiques. Ce modèle est basé sur la méthode de reconstruction de la fonction de distribution et est évalué pour des conditions limites coincidentes et non-coincidentes avec le maillage, sur le phénomène de diffusion thermique et de convection naturelle.Renault s'intéresse aux situations d'arrêt péage ou de contact coupé, pour lesquelles sont considérés un véhicule roulant à une vitesse soutenue, sur une autoroute par exemple, et qui subit un arrêt ou un ralentissement brutal (avec ou sans contact coupé).Dans ce genre de situation le refroidissement du compartiment moteur qui était assuré par le phénomène de convection forcé durant le roulage laisse place au phénomène de convection naturelle durant les phases de base vitesse ou de vitesse nulle.Le phénomène de convection naturelle est un phénomène lent, qui peut prendre plusieurs minutes à évacuer la chaleur accumulée dans le compartiment moteur. La présence de température élevée pendant une durée trop importante dans le compartiment moteur peut endommager certains composants qui possèdent des seuils de température critique.Pour anticiper ce problème de surchauffe du compartiment moteur, dans lequel un grand nombre de pièces à géométries complexes sont présentes, le phénomène de convection naturelle est étudié avec le nouveau modèle de frontière immergée thermique.%Ce modèle est d'abord testé sur des cas test académique pour validation et est ensuite appliqué au cas d'une voiture réelle.La modélisation des écoulements thermiques avec la méthodes de lattice Boltzmann sur Réseau (LBM) peut-être classée en trois catégories: l'approche multi-vitesse, l'approche hybride et l'approche à deux fonctions de distribution (DDF: Double-Distribution-Function).L'approche multi-vitesse, utilise une équation pour résoudre le champ de vitesse, de densité et de température qui sont résolus avec la LBM. Tandis que l'approche hybride et l'approche DDF utilise un jeux de deux équations, un pour résoudre le champ de vitesse et de densité et l'autre pour résoudre le champ de température.L'approche hybride résout le champ de vitesse et de densité avec la LBM et utilise une méthode de différence finie ou de volume fini pour résoudre le champ de température. L'approche DDF résout quand à elle les deux équations avec la LBM.Le modèle thermique utilisé dans LaBS est basé sur l'approche DDF où les deux équations sont couplées par l'hypothèse de Boussinesq. Le champ de vitesse et de densité est résolu avec un réseau de dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) et champs de température est résolut soit par un réseau à dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) soit par un réseau à sept vitesses discrètes (D3Q7).Le nouveau modèle de frontière immergée décompose la fonction de distribution aux noeuds frontière en sa partie à l'équilibre et hors équilibre. La partie hors équilibre est calculée à partir d'une formulation théorique issus du développement de Chapman-Enskog.La validation du modèle DDF implémenté dans LaBS est faite sur un ensemble de cas test de complexité croissante. Les résultats obtenus avec LaBS sont comparés aux solutions analytiques ou encore à des articles de référence et sont en accord avec les résultats attendus. Ils montrent que qualitativement les résultats sont aussi bons pour le modèle D3Q19/D3Q19 que pour le modèle D3Q19/D3Q7 mais que quantitativement le modèle D3Q19/D3Q19 reste meilleur. / A new three-dimensional CFD solver, LaBS, based on the lattice Boltzmann alogorithms has been developed in a framework of university and industry consortium. In this thesis, this solver is used to simulate thermal flows, with a new thermal boundary condition for immersed solid boundary. The new proposed thermal boundary condition is based on the reconstruction method of the distribution function and is evaluated for immersed solid with coincident and non-coincident wall on the case of diffusion and natural convection phenomena.Renault case study, deals with a vehicle moving at constant speed (highway) that suddently slows down and stops (with or without a cut off contact). In such situation the cooling of the engine compartment first driven by forced convection during taxiing stage, abruptly switches to natural convection in low velocity stages. As natural convection is a slow process, it can take several minutes to remove the accumulated heat in the engine compartment. Such duration could be damaging for some components of the engine compartement which do not tolerate high temperature.In order to anticipate overheating of the engine compartment, where a lot of automotive parts with complex geometry are present and to avoid the above mentioned damages, the phenomenon of natural convection is here studied with the new thermal boundary condition.%The new proposed thermal boundary condition is first tested on academic case studies for validation, and then applied to the case of a real car.The modelling of thermal flows with the lattice Boltzmann method (LBM) can be classified into three categories: the multispeed approach, the hybrid approach and the double-distribution-function (DDF) approach. The multispeed approach, uses only one equation to resolve velocity, density and temperature field, which is solved by the LBM. Whereas the hybrid approach and the DDF approach utilize two sets of equations, one to resolve velocity field and density field and another to resolve temperature field. The hybrid approach solves velocity field and density field by the LBM method and the temperature field by finite-different or finite-volume methods. On the other hand the DDF approach solves the two equations with LBM.The thermal model used in the solver LaBS is based on the coupled DDF approach. In this model, the flow field is solved by a D3Q19 velocity model while the temperature field is solved by a D3Q19 or a D3Q7 velocity model. The coupling between the momentum and the energy transport is made by the boussinesq approximation. The new proposed thermal boundary condition decomposes the distribution function at the boundary node into its equilibrium and non-equilibrium part. The non-equilibrium part is calculated from the theoretical solution based on Chapman-Enskog developement.LaBS thermal model based on the coupled DDF approach is evaluated on a set of cases with increasing complexity. The results obtained with LaBS are compared with analytical solutions or with reference articles and are in a good agreement with the results expected. Results show that the model D3Q19/D3Q7 is qualitatively as good as the model D3Q19/D3Q19 but quantitatively the model D3Q19/D3Q19 remains the best.