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Cet fascicule de méthodologie de recherche en sciences juridiques met à la disposition des étudiants et de tous les chercheurs en droit et en sciences sociales des connaissances, des outils et des procédés nécessaires à la rédaction des publications scientifiques ( ouvrages, articles, mémoire ou thèse universitaire) respectant des normes de présentation et de publication internationalement reconnues.

International audience; This article relies on the analysis of social networks to compare the networks at work in the composition of thesis committees between 2003 and 2008 in a French provincial university in three very different disciplines (astrophysics, archaeology, and economics) so as to test the hypothesis that connections actually existed before graduation. Were members coauthors of scientific publications or were committees constituted only for the sake of awarding a PhD? Astrophysics and its “equipment” ethos is the one that most often superimposes committee membership and copublishing. Archaeology falls somewhere in between, due to the greatest scarcity of committee members. The last of the three, economics, actually separates the two types of collaboration by most frequently inviting international researchers.; Cet article mobilise l'analyse des réseaux sociaux pour comparer les réseaux à l’œuvre dans la composition de l'ensemble des jurys de thèses de trois disciplines différentes (astrophysique, archéologie et économie), soutenues dans une université française, entre 2003 et 2008, afin de tester l'hypothèse selon laquelle des liens sociaux et scientifiques préexistent à la soutenance. Les membres étaient-ils coauteurs de publications scientifiques ou les comités étaient-ils constitués uniquement dans le but de délivrer un doctorat ? L'astrophysique et son éthique du "matériel" est celle qui superpose le plus souvent appartenance à un comité et coédition. L'archéologie se situe quelque part entre les deux, en raison de la plus grande rareté des membres de comité. La dernière des trois, l'économie, sépare en fait les deux types de collaboration en invitant le plus souvent des chercheur.se.s internationaux.ales.

Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefactioncase histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed.In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra., Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontentaux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainésmonotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélangessable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sablessaturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyennedes ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception.

The safety of a car occupant depends on several factors during an accident such as the seatbelt condition, the number of occupants in the car, the structure of the car. Usually, in the case of a frontal crash, a large part of the initial kinetic energy is dissipated in the compression of the crash boxes and the dissipated energy may be uncertain due to several uncertain parameters. A crash box is investigated in this thesis considering several uncertain parameters. The main challenging task for the thesis is the propagation of the uncertain parameters through a crash problem. The conventional approach for the uncertainty quantification (UQ) is the Monte Carlo simulation (MCS). However, MCS requires a large number of model eval- uations which prohibits to apply this approach in a complex problem (i.e. a crash problem). To overcome this issue, the surrogate modeling approach is investigated in this thesis, which maintains a trade-off between accuracy and efficiency. As the crash problem is a dynamic problem, a first surrogate model called sparse KNARX is developed in this thesis: it combines the Kriging model and a Nonlinear Auto-Regressive with eXogenous input (NARX) model. The sparse KNARX model performs very well for UQ of several nonlinear dynamical systems using low number of model evaluations. However, the sparse KNARX model is unable to identify an impact oscillator (a representative system for a crash problem) due to the non-smooth behavior. For the impact problem, a new surrogate model is formulated, which decouples the time- domain and the randomness by the proper orthogonal decomposition (POD) and the uncertain parameters are propagated by the polynomial chaos expansion (PCE) approach: the resulting surrogate model is called POD-PCE model. Further, it is applied to an impact oscillator for UQ. The POD-PCE model and the PCE model perform well with quite low number of model evaluations as compared to the MCS approach. The PCE model is constructed only for the reduced number of proper orthogonal modes in case of the POD-PCE model whereas the coefficients must be computed at each time-step in case of the PCE model. Although the results are quite good, some non-physical negative contact forces are predicted by the POD- PCE model, which may be reduced by using a high degree polynomial. At the same time, the use of high degree polynomial is prohibitive for the PCE model as it requires a large number of model evaluations. For that reason, a sparse variational Bayesian (SVB) based PCE model is proposed in this thesis: it selects the important terms in the polynomial basis and subsequently reduces the chances of overfitting with a low number of model evaluations. It is observed that the non-physical negative forces can be reduced to some extent using the POD-SVB-PCE model. However, it is impossible to mitigate the non-physical forces due to the non-smooth behavior of the impact oscillator. Further, it is important to formulate an adaptive framework such that the number of model evaluations and the polynomial degree are selected adaptively. For that reason, an adaptive SVB-PCE model is formulated and furthermore, it is coupled with the POD approach to formulate an adaptive POD-SVB-PCE model. This adaptive framework is applied to a crash box under impact loading for UQ and global sensitivity analysis (GSA). The results show that the adaptive POD-SVB-PCE model has the capability to predict a good result with a low number of model evaluations for most of the responses. However, it is quite difficult to achieve a good accuracy for the contact force with the adaptive POD-SVB-PCE model even using the maximum allocated number of model evaluations; the predicted accuracy for the contact force remains however acceptable. The time-dependent GSA is performed by post- processing the adaptive POD-SVB-PCE model parameters which is quite efficient without any additional computational cost., Lors d'un accident, dans le cas d'un choc frontal, une grande partie de l'énergie est généralement dissipée par la déformation et l'écrasement de dispositifs fusibles. L'énergie dissipée est alors incertaine car elle dépend de plusieurs paramètres incertains. Dans cette thèse, une crash box est étudiée en tenant compte des incertitudes. Le but de cette thèse est de propager des paramètres incertains à travers un problème de crash. L'approche usuelle pour la quantification de l'incertitude (UQ) est la simulation de Monte Carlo (MCS). Or la MCS nécessite un grand nombre d'évaluations du modèle. Cela rend l'utilisation de cette approche très difficile dans le cadre d'un problème complexe, comme un problème de collision. Pour surmonter cette difficulté, l'approche par métamodèle est utilisée: on recherche alors un compromis entre précision et efficacité. Pour notre problème dynamique, un premier métamodèle est développé : il combine le modèle de krigeage et le modèle NARX (Nonlinear Auto-Regressive with eXogenous input). Ce modèle, appelé KNARX creux, est généralement adapté à l'UQ des systèmes dynamiques non linéaires en utilisant un faible nombre d'évaluations du modèle. Il est cependant incapable d'estimer de façon satisfaisante les réponses d'un oscillateur simple impacté, représentatif d'un problème de crash (car comportement non régulier). Un nouveau métamodèle, appelé POD-PCE, est alors formulé. Il découple respectivement le domaine temporel et le caractère aléatoire par l'utilisation d'une décomposition orthogonale (POD) et d'un développement en chaos polynomiaux (PCE). Les incertitudes d'un oscillateur impacté sont propagées à l'aide de ce modèle POD-PCE. Le modèle POD-PCE et le modèle PCE fonctionnent bien avec un nombre assez faible d'évaluations du modèle par rapport à l'approche MCS. L'approche POD-PCE est plus efficace que le modèle PCE parce que les coefficients du modèle PCE doivent être calculés à chaque pas de temps, alors que l'aspect temporel est pris en compte avec seulement quelques modes orthogonaux dans le cas du modèle POD-PCE. Toutefois, le modèle POD-PCE prédit parfois des forces de contact négatives non physiques, qui peuvent être réduites en utilisant des polynômes de degré élevé. L'utilisation d'un polynôme de degré élevé peut toutefois s'avérer prohibitive pour le modèle PCE car la détermination d'un nombre élevé de coefficients nécessite un grand nombre d'évaluations du modèle. C'est pourquoi un modèle PCE basée sur une inférence bayésienne variationnelle creuse (SVB) est proposé: il sélectionne les termes importants dans la base polynomiale et réduit ainsi les problèmes liés à un sur-ajustement, tout en utilisant un faible nombre d'évaluations du modèle. Il est observé que les forces négatives peuvent être réduites en utilisant le modèle POD-SVB-PCE. En outre, il est important de formuler un cadre adaptatif pour la sélection du nombre d'évaluations du modèle et du degré polynomial. Pour cette raison, un modèle SVB-PCE adaptatif est formulé. Il a été également couplé à l'approche POD pour formuler un modèle POD-SVB-PCE adaptatif. Ce cadre adaptatif est finalement appliqué à une crash box écrasée par une masse rigide impactante pour propager les différentes incertitudes du modèle et effectuer une analyse de sensibilité globale (GSA). Les exemples montrent que le modèle adaptatif POD-SVB-PCE a la capacité de prédire des résultats satisfaisants avec un faible nombre d'évaluations du modèle pour la plupart des réponses. Cependant, il est assez difficile d'obtenir une bonne précision pour la force de contact, même en utilisant le nombre maximum d'évaluations de modèle alloué ; la précision prédite pour la force de contact reste cependant acceptable. La GSA dépendante du temps est réalisée efficacement, sans coût de calcul supplémentaire, en post-traitant les paramètres du modèle adaptatif POD-SVB-PCE.

Les données sur la mobilité jouent un rôle crucial dans la recherche sur le comportement des voyageurs et la prévision de la demande. Le recours exclusif aux techniques de collecte de données conventionnelles, à savoir entretien individuel, entretien téléphonique / Web / personnel assisté par ordinateur, sondage postal et courrier électronique présente de nombreux inconvénients, notamment une lourde charge pour les répondants, d'où un taux de réponse faible, description de la mobilité sur une seule journée par personne, manque de fiabilité en raison des limites de la mémoire humaine, coût élevé vue la nécessité d'un travail intensif, écart important entre les enquêtes périodiques sur la mobilité des ménages, sans oublier les difficultés à combiner et à harmoniser les données des enquêtes dans différents pays ou régions. L'utilisation maintenant sans contrainte du système de positionnement global (GPS) a ouvert de grandes possibilités pour améliorer la qualité de ces données. Les journaux relevés GPS sont objectifs, nombreux abondants, continus, détaillés et précis d'un point de vue spatio-temporel. Cependant, les informations de positionnement en elles-mêmes ne sont pas éligibles suffisantes pour l'analyse de la mobilité en raison de l'absence de caractéristiques des déplacements. Cette lacune a entraîné un développement substantiel de deux nouveaux domaines de recherche: l'imputation des modes de transport déplacement et du motif du voyage à partir des données GPS, respectivement. À l'heure actuelle, les téléphones intelligents sont les appareils privilégiés pour collecter les traces GPS et la description des déplacements correspondants. La détection du mode et du motif est une étape essentielle avant de procéder à une analyse du comportement de déplacement (choix du mode ou temps passé dans les activités, par exemple). En ce sens, les performances des algorithmes d'inférence du mode et du motif déterminent le potentiel de l'utilisation d'enquêtes basées sur GPS en tant que complément, voire même alternative complète aux techniques conventionnelles. Dans la littérature, il existe trois lacunes dans la recherche concernant les algorithmes d'imputation et pour les enquêtes assistées par GPS. La première provient du fait que, jusqu'à présent, les enquêtes GPS ont été menées essentiellement dans les zones urbaines des pays développés et parfois aussi en Chine. Par conséquent, l'utilisation du GPS dans les enquêtes sur la mobilité dans les villes des pays en développement reste à développer. La seconde et la troisième lacunes sont les conséquences de cette première limitation. La liste des modes de détection comprend la marche, le vélo, le transport en commun et la voiture, mais pas la moto, l'un des principaux moyens utilisés dans les pays émergents. Enfin, les imputations ont été mises en oeuvre très fréquemment avec le support des Systèmes d'Information Géographique (SIG); Cependant, les données SIG ne sont pas partout disponibles et d'une qualité suffisante. L'absence de solutions raisonnables pour imputer les caractéristiques des déplacements à partir des données GPS sans l'apport d'un SIG constitue une lacune de la recherche. Cette thèse a pour objectif de rechercher des réponses aux trois questions susmentionnées en construisant à la fois des modèles d'inférence de mode et de motif. Deux ensembles de données ont été utilisés. Le premier a été collecté en Rhône-Alpes, en France, par un appareil dédié, tandis que le second a été rassemblé à Hanoï, au Vietnam, par smartphone. Sur la base des performances des classificateurs des recommandations visant à améliorer la qualité des enquêtes par GPS en général et pour les pays en développement en particulier ont été proposées. Mobility data play a crucial role in travel behavior research and demand forecast. The complete reliance on conventional datum collection techniques, that is, face-to-face interview, computer-assisted telephone/web/personal interview, postal survey and email has a number of big drawbacks, including (1) high burden on respondents, thus high non-response rate, (2) inclusion of one-day data per person, (3) lack of reliability due to human memory limits and habit of rounding travel time, (4) high cost with intensive labor and (5) big time gap between periodic household travel surveys not to mention the difficulties in combining and harmonizing data of surveys in different regions or countries. The unlimited use of Global Positioning System (GPS) has opened up great opportunities for dealing with the problem of poor data. GPS logs are objective, numerous, continuous, detailed and accurate spatiotemporally. Yet, positioning information itself is not eligible for analysis due to the lack of trip characteristics. This deficiency has induced the substantial development of two new research fields that are involved in imputing transportation modes and trip purposes from GPS data, respectively. On-board devices were initially utilized to take advantage of electricity. Afterwards, lightweight, small and wearable personal devices have been developed to collect data at person level, which emphasized the need of detecting trip modes. Currently, smartphone is the most preferred devices to gather both logs and their corresponding so-called ground truth. Detections of mode and purpose are essential steps prior to do any travel behavior analyses (e.g. mode choice or time spending in activities). In this sense, the performances of mode and purpose inference algorithms determine the potential of employing GPS-based surveys as a supplement and even an entire alternative to conventional techniques. In the literature, there are three research gaps related to imputation algorithms and GPS-assisted surveys. The first is the great focus of investigations in well-structured urban areas of developed countries and occasionally in China. Therefore, the use of GPS in mobility surveys in cities of developing countries has been questionable. The others are consequences of the first limitation. Second, the list of mode detection encompasses walk, bike, transit and car but not motorcycle that is one of the main means in emerging countries. Last, purpose imputation has been implemented very frequently with the support of GIS data; however, GIS data are not available and good enough everywhere. Lack of reasonable solutions to derive purposes from GPS data without GIS data is a gap. This thesis aims at seeking answers to three mentioned-above existing questions by building both mode and purpose inference models. Two data sets were used. The first was collected in Rhone-Alpes, France by dedicated device whilst the second was gathered in Hanoi, Vietnam by smartphone. Based on prediction results, the discussions and recommendations for enhancing the quality of GPS-based surveys in general and for developing countries in particular have been proposed.

Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontent aux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainés monotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélanges sable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sables saturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyenne des ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception. Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefaction case histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed. In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra.

The present PhD thesis is an attempt to explore the hypothesis of a crisis of urbanisation currently unfolding in Greece parallel to, and in the final analysis due to, the global capitalist crisis and its extreme manifestation in the country. Our approach has involved bibliographical research and theoretical analysis in order to understand the global crisis andthe specific conditions in Greece, quantitative analysis of published data provided by the Hellenic Statistical Authority(ELSTAT) and other sources, quantitative analysis of unpublished data provided by ELSTAT through a personalised special convention, as well as primary data collected in the context of the National Morbidity Survey. Our analysis has confirmed the hypothesis of a crisis of urbanisation in parallel to the ongoing economic crisis. This crisis of urbanisation is of such historical dimensions as to allow us to speak of a counter-urbanisation crisis. This crisis is mostly manifested at the highest levels ofthe urban hierarchy, that is in the two metropolitan agglomerations, Athens andThessaloniki. We have called this process “de-metropolisation”.The current counter-urbanisation crisis has different characteristics than usually assumed in the public discourse. The de-metropolisation effect does not take the form of “polarization reversal” that would favour middle-sized or small cities ingeneral, although some of them do profit; nor is it expressed as a generalised return to remote rural areas, although such examples also exist ; it mostly takes the form of growing islands and peri-metropolitan regions characterised by a low or relatively low degree of urbanisation.; La présente thèse doctorale examine l’hypothèse selon laquelle, parallèlement à la forme extrême que revêt la crise capitaliste mondiale en Grèce, et en définitive du fait de celle-ci, se développe une crise de l’urbanisation dans le pays. Notre approche inclut une recherche bibliographique et une analyse théorique permettant de comprendre la crise globale et les conditions spécifiques en Grèce, une analyse quantitative d’éléments publiés par l'Autorité Hellénique des Statistiques (ELSTAT) et d’autres sources, une analyse quantitative de données non publiées qui nous ont été confiées par ELSTAT dans le cadre d’un contrat spécifique, ainsi que des données primaires.L’analyse des données confirme l’hypothèse d’une crise d’urbanisation se manifestant parallèlement à la crise économique en Grèce. La dimension de la crise est telle que nous puissions parler de crise de contre-urbanisation. Cette crise se manifeste principalement au plus haut niveau de la hiérarchie urbaine, c‘est-à-dire dans les deux agglomérations métropolitaines, Athènes et Thessalonique. Nous avons appelé ce processus « dé-métropolisation ».La crise actuelle de contre-urbanisation a des caractéristiques différentes de celles qui sont généralement envisagées par le discours public. La dé-métropolisation ne prend pas la forme d’une « inversion de polarisation » qui favoriserait les villes moyennes ou petites en général ; il ne s'agit pas non plus d'un retour généralisé à des zones rurales isolées, bien que de tels exemples existent ; elle prend principalement la forme d’une croissance relative d'îles et de régions péri-métropolitaines, caractérisées par un degré d'urbanisation faible ou relativement faible.

The present PhD thesis is an attempt to explore the hypothesis of a crisis of urbanisation currently unfolding in Greece parallel to, and in the final analysis due to, the global capitalist crisis and its extreme manifestation in the country. Our approach has involved bibliographical research and theoretical analysis in order to understand the global crisis andthe specific conditions in Greece, quantitative analysis of published data provided by the Hellenic Statistical Authority(ELSTAT) and other sources, quantitative analysis of unpublished data provided by ELSTAT through a personalised special convention, as well as primary data collected in the context of the National Morbidity Survey. Our analysis has confirmed the hypothesis of a crisis of urbanisation in parallel to the ongoing economic crisis. This crisis of urbanisation is of such historical dimensions as to allow us to speak of a counter-urbanisation crisis. This crisis is mostly manifested at the highest levels ofthe urban hierarchy, that is in the two metropolitan agglomerations, Athens andThessaloniki. We have called this process “de-metropolisation”.The current counter-urbanisation crisis has different characteristics than usually assumed in the public discourse. The de-metropolisation effect does not take the form of “polarization reversal” that would favour middle-sized or small cities ingeneral, although some of them do profit; nor is it expressed as a generalised return to remote rural areas, although such examples also exist ; it mostly takes the form of growing islands and peri-metropolitan regions characterised by a low or relatively low degree of urbanisation.; La présente thèse doctorale examine l’hypothèse selon laquelle, parallèlement à la forme extrême que revêt la crise capitaliste mondiale en Grèce, et en définitive du fait de celle-ci, se développe une crise de l’urbanisation dans le pays. Notre approche inclut une recherche bibliographique et une analyse théorique permettant de comprendre la crise globale et les conditions spécifiques en Grèce, une analyse quantitative d’éléments publiés par l'Autorité Hellénique des Statistiques (ELSTAT) et d’autres sources, une analyse quantitative de données non publiées qui nous ont été confiées par ELSTAT dans le cadre d’un contrat spécifique, ainsi que des données primaires.L’analyse des données confirme l’hypothèse d’une crise d’urbanisation se manifestant parallèlement à la crise économique en Grèce. La dimension de la crise est telle que nous puissions parler de crise de contre-urbanisation. Cette crise se manifeste principalement au plus haut niveau de la hiérarchie urbaine, c‘est-à-dire dans les deux agglomérations métropolitaines, Athènes et Thessalonique. Nous avons appelé ce processus « dé-métropolisation ».La crise actuelle de contre-urbanisation a des caractéristiques différentes de celles qui sont généralement envisagées par le discours public. La dé-métropolisation ne prend pas la forme d’une « inversion de polarisation » qui favoriserait les villes moyennes ou petites en général ; il ne s'agit pas non plus d'un retour généralisé à des zones rurales isolées, bien que de tels exemples existent ; elle prend principalement la forme d’une croissance relative d'îles et de régions péri-métropolitaines, caractérisées par un degré d'urbanisation faible ou relativement faible.

This corpus-based exploratory study investigates the use of sentence-initial (SI) this and these as pronouns and determiners in a corpus of research articles (RAs) by American writers and MA theses by novice Turkish academic writers in the field of Applied Linguistics. The study reveals that authors use sentence-initial this and these both as pronouns (unattended) and determiners (attended). Contrary to expectations, prescriptions of style manuals and guide-books, overall both groups used sentence-initial this and these as pronouns and determiners, yet with lower ratios than previous studies. The findings indicate a close relationship between the writers’ educational background, their field of study, and their employment of SI this and these as pronouns. The findings are discussed with reference to the relevant literature. The knowledge gained fro

Atmospheric mineral dust resulting from aeolian soil erosion affects the Earth system. Their size-distribution (PSD) plays a key role on atmospheric radiation balance, cloud formation, atmospheric chemistry, and the productivity of terrestrial and marine ecosystems. However, climate models still fail to reproduce accurately the suspended dust PSD. This is explained by the poor representation of the dust emission mechanisms and the associated surface wind speed in these large-scale models. This is particularly true in the presence of surface roughnesses such as vegetation in semiarid regions. This thesis aims at improving the understanding of dust emission in semi-arid environments, characterized by heterogeneous surfaces with sparse seasonal vegetation. To this end, a combination of numerical and field experiments was employed, with investigations progressing from a bare erodible soil to surfaces with sparse vegetation.A review of the existing dust emission schemes showed ambiguities in the parametrization of the processes influencing the emitted dust. A sensitivity analysis, using a 1D dust dispersal model, demonstrated (i) the importance of surface dust PSD and inter-particle cohesive bondparametrization on the emitted dust PSD, and (ii) the importance of the deposition process on the net dust flux PSD. Based on this analysis, a new emission scheme was incorporated into a 3D erosion model, coupled with a Large Eddy Simulation (LES) airflow model, and evaluated first on a bare surface against the WIND-O-V’s 2017 field experiment in Tunisia. The model was able to reproduce the near-surface turbulent transport dissimilarity between dust and momentum observed during the experiment. This means that momentum and dust are not always transported by the same turbulent eddies. The model demonstrated that the main cause of this dissimilarity is the dust emission intermittency, which varies as a function of wind intensity and fetch. The role of sparse vegetation on the net emitted dust flux was then explored using the WINDO-V’s 2018 experiment, conducted at the same site as the 2017 experiment. The resulting field measurements were used to evaluate the 3D erosion model, including vegetation characteristics. A comparison between the 2017 and 2018 experiments confirmed that sparse vegetation reduces dust emission by increasing the erosion threshold friction velocity, which depends on vegetation characteristics and wind direction relative to the vegetation arrangement. During the 2018 experiment, the net emitted dust flux PSD varied continuously, unlike the 2017 experiment, with a progressive impoverishment in coarse particles (1.50 mm). This impoverishment was found independent of the vegetation, and resulted from the depletion of coarse particles at the surface due to longer emission periods in 2018 without surface tillage or precipitation. This non-influence of vegetation on the dust flux PSD was validated by the similarityof the dust flux PSD at the beginning of the 2018 experiment, when the vegetation was at its maximum height, with the one of the 2017 experiment without vegetation. It was further confirmed by the simulations that demonstrated (i) negligible re-deposition of coarse particles on to vegetation during emission events, and (ii) negligible effect of the turbulence induced by the vegetation on the PSD of the net emitted dust flux. Our 3D erosion model appears as a promising tool for characterizing dust emissions over heterogeneous surfaces typical of semi-arid regions and for deriving dust emission schemes for climate models as a function of surface roughness properties.; La poussière minérale atmosphérique résultant de l’érosion éolienne des sols affecte le système terrestre. Leur distribution en taille (PSD) joue un rôle clé dans le bilan radiatif et la chimie atmosphérique, la formation des nuages et la productivité des écosystèmes terrestres et marins. Néanmoins les modèles climatiques peinent à reproduire précisément la PSD de la poussière émise. Ceci vient de la mauvaise représentation dans ces modèles à grandes echelles des mécanismes d’émission de poussière et des vitesses de vent de surface associées. C’est particulièrement vrai en présence d’éléments de rugosité de surface comme la végétation en région semi-aride. Cette thèse vise à améliorer la compréhension de l’émission de poussière en environnement semi-aride, caractérisé par des surfaces hétérogènes liées à la végétation saisonnière éparse. A cette fin, une combinaison d’expériences numériques et de terrain a été employée, en partant d’un sol nu érodable, puis de surfaces couvertes en végétation éparse.Une revue des schémas existants a montré des ambiguïtés dans la paramétrisation des processus influençant l’émission de poussière. Une analyse de sensibilité utilisant un modèle 1D de dispersion de poussière a démontré (i) l’importance de la PSD de la poussière à la surface etde la paramétrisation de la cohésion entre les particules sur la PSD de la poussière émise, et (ii) l’importance du processus de dépôt sur la PSD du flux net de poussière. A partir de cette analyse, un nouveau schéma d’émission a été incorporé à un modèle 3D d’érosion, couplé à unmodèle turbulent Large Eddy Simulation (LES), et évalué sur une surface nue sur la base de l’expérimentation WIND-O-V 2017 en Tunisie. Le modèle a été capable de reproduire la dissimilarité entre les transports turbulents de la poussière et de la quantité de mouvement dans la couche de surface, telle que observée durant l’expérience. Cela signifie que la poussière et la quantité de mouvement ne sont pas toujours transportées par les mêmes tourbillons. Le modèle a démontré que la cause principale de cette dissimilarité est l’intermittence de l’émission des poussières, qui varie avec l’intensité du vent et le fetch.L’impact de la végétation éparse sur le flux net de poussière émis a ensuite été étudié sur la base de l’expérimentation WIND-O-V 2018, conduite sur le même site que celle de 2017. Les mesures ont été utilisées pour évaluer le modèle 3D d’érosion incluant les caractéristiques de la végétation. La comparaison entre les expérimentations 2017 et 2018 a confirmé que la végétation éparse réduit l’émission de poussière en augmentant la vitesse de frottement seuil de l’érosion, qui dépend des caractéristiques de la végétation et de la direction du vent par rapport à l’arrangement de la végétation. Nous avons observé que la PSD du flux net de poussière émis à varié au cours de l’expérimentation 2018, contrairement à 2017, avec un appauvrissement progressif en grosses particules (1.50 mm). Il s’est avéré que cet appauvrissement n’était pas lié à la présence de végétation, mais à l’épuisement du sol en grosses particules en raison de périodes d’émission plus longues en 2018 sans travail de la surface ou précipitations.Cette absence d’influence de la végétation sur la PSD du flux de poussière a été validée par la similarité entre la PSD du flux de poussière au début de l’expérimentation 2018, quand la végétation était à sa hauteur maximum, et celle de 2017 sans végétation. Elle a été aussi confirmée par les simulations qui ont montré (i) une re-déposition négligeable des grosses particules sur la végétation durant les émissions, et (ii) un effet négligeable de la turbulence induite par la végétation sur la PSD du flux net de poussière émis. Notre modèle 3D d’érosion apparaît comme un outil prometteur pour caractériser les émissions de poussière sur des surfaces hétérogènes représentatives des régions semi-arides et pour établir des schémas d’émission de poussière pour les modèles climatiques en fonction des propriétés de rugosité de la surface.

Several examples of structures have been severely damaged, or even reached the total collapse, after the propagation of some local failure, resulting from an accidental or exceptional event. These catastrophic events highlight the importance of the structural design not to be limited to safety under normal conditions, but also to preserve structural integrity under an exceptional event not identified at the design stage. Modern design codes recommend ensuring an appropriate level of robustness to prevent from disproportionate collapse under an exceptional event. One of the major difficulties is to quantify the concept of structural robustness when checking the structural safety under exceptional situations. In this respect, the Eurocodes define the structural robustness as “the ability of a structure to withstand events like fire, explosions, impact or the consequences of human error, without being damaged to an extent disproportionate to the original cause”. To meet such requirements, robustness indicators are essential to assess the capacity of the structure to withstand events, estimate the safety against disproportionate collapse, and finally be used as a decision support for design choices. Several robustness metrics have been recently proposed in the literature. However, despite developments in this field, these methods are still not fully used in engineering practice to effectively assess structural robustness. The main objective of this PhD is to propose an approach to quantify the structural robustness. Progressive collapse is modelled based on an iterative coupling between the yield design approach and a non-linear analysis. Some indices are introduced to measure the structural robustness and be used as a decision support tool. Case studies are considered to illustrate the proposed concepts (study of a large number of scenarios, identification of the most critical ones, and evaluation of the structural capacity to prevent failure propagation), Plusieurs exemples de structures ont subit des endommagements conséquents, avec dans certains cas un effondrement, à la suite d’une propagation de la défaillance résultant d’une action accidentelle ou exceptionnelle. Ces évènements catastrophiques soulignent l’importance d’un dimensionnement n’étant pas limité à la seule vérification de la sécurité dans des conditions accidentelles, mais préserve une capacité résiduelle suffisante pour ne pas engendrer d’effondrement progressif sous l’action d’évènements exceptionnels n’ayant pas été identifiés à l’étape de dimensionnement. Les codes de conception actuels recommandent d’avoir un niveau de robustesse approprié pour éviter un effondrement disproportionné en cas d’évènement exceptionnel. Une difficulté majeure est de quantifier la robustesse d’une structure sous de telles situations exceptionnelles. Dans le domaine de l’ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme « l’aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ». Pour prendre en compte cette exigence, la détermination d’indicateurs est essentielle pour évaluer la capacité d’une structure à faire face à ces évènements, à estimer la capacité à éviter un effondrement disproportionné et également à être un outil d’aide à la décision. Plusieurs métriques ont été récemment proposées dans la littérature. Cependant, les méthodes en question ne sont pas encore pleinement intégrées dans les pratiques d’ingénierie. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une approche pour quantifier la robustesse structurale. L’effondrement progressif est pris en compte via un couplage itératif entre un caclul à la rupture et un calcul non linéaire aux éléments finis. Des indices sont introduits pour mesurer un niveau de robustesse et être utilisés comme outil d’aide à la décision. Des cas d’étude sont considérés pour illustrer les concepts proposés (étude de plusieurs scénarios de défaillance, identification des scénarios les plus critiques et évaluation de la capacité structurale à éviter une propagation de la défaillance)

Mes travaux de recherche portent sur les systèmes multi-agents et leur application aux problèmes et applications de transport dynamiques. Je suis intéressé par le développement de modèles, de simulations et d'algorithmes pour aider les acteurs du transport multimodal à résoudre les problèmes complexes induits par les changements continus dans l'offre et la demande de services de transport. Je propose un certain nombre de modèles et de simulations aidant les acteurs du transport à observer, estimer et optimiser l'état des réseaux de transport. Mon travail contribue à une meilleure compréhension des problèmes soulevés par les nouveaux services de mobilité (numérotation, covoiturage, systèmes de recherche de parkings urbains, etc.) et à une meilleure conception des systèmes d'exploitation et des systèmes d'information du voyageur, intégrant ces nouveaux services., My research work deals with multi-agent systems and their application to dynamic transportation problems and applications. I am interested in the development of models, simulations and algorithms to support the multimodal transportation actors solving the complex problems induced by the continuous changes in the supply and demand of transportation services. I propose a number of models and simulations supporting the transportation actors in observing, estimating and optimizing the state of the transportation networks. My work contributes to a better understanding of the problems raised by the new mobility services (dial a ride, ride sharing, urban parking search systems, etc.) and to a better design of operating systems and traveler information systems, integrating these new services.

Transport systems are dynamically characterized not only by nonlinear interactions between the different components but also by feedback loops between the state of the network and the decisions of users. In particular, network congestion affects both the distribution of local demand by modifying route choices and overall multimodal demand. Depending on the conditions of the network, they may decide to change for example their transportation mode. Several equilibria can be defined for transportation systems. The user equilibrium corresponds to the situation where each user is allowed to behave selfishly and to minimize his own travel costs. The system optimum corresponds to a situation where the total transport cost of all the users is minimum. In this context, the study aims to calculate route flow patterns in a network considering different equilibrium conditions and study the network equilibrium in a dynamic setting. The study focuses on traffic models capable of representing large-scale urban traffic dynamics. Three main issues are addressed. First, fast heuristic and meta-heuristic methods are developed to determine equilibria with different types of traffic patterns. Secondly, the existence and uniqueness of user equilibria is studied. When there is no uniqueness, the relationship between multiple equilibria is examined. Moreover, the impact of network history is analyzed. Thirdly, a new approach is developed to analyze the network equilibrium as a function of the level of demand. This approach compares user and system optimums and aims to design control strategies in order to move the user equilibrium situation towards the system optimum.; Les systèmes de transport sont caractérisés de manière dynamique non seulement par des interactions non linéaires entre les différents composants, mais également par des boucles de rétroaction entre l'état du réseau et les décisions des utilisateurs. En particulier, la congestion du réseau impacte à la fois la répartition de la demande locale en modifiant les choix d’itinéraire et la demande multimodale globale. Selon les conditions du réseau, ils peuvent décider de changer, par exemple, leur mode de transport. Plusieurs équilibres peuvent être définis pour les systèmes de transport. L'équilibre de l'utilisateur correspond à la situation dans laquelle chaque utilisateur est autorisé à se comporter de manière égoïste et à minimiser ses propres frais de déplacement. L'optimum du système correspond à une situation où le coût total du transport de tous les utilisateurs est minimal. Dans ce contexte, l’étude vise à calculer les modèles de flux d'itinéraires dans un réseau prenant en compte différentes conditions d’équilibre et à étudier l’équilibre du réseau dans un contexte dynamique. L'étude se concentre sur des modèles de trafic capables de représenter une dynamique du trafic urbain à grande échelle. Trois sujets principaux sont abordés. Premièrement, des méthodes heuristiques et méta-heuristiques rapides sont développées pour déterminer les équilibres avec différents types de trafic. Deuxièmement, l'existence et l'unicité des équilibres d'utilisateurs sont étudiées. Lorsqu'il n'y a pas d'unicité, la relation entre des équilibres multiples est examinée. De plus, l'impact de l'historique du réseau est analysé. Troisièmement, une nouvelle approche est développée pour analyser l’équilibre du réseau en fonction du niveau de la demande. Cette approche compare les optima des utilisateurs et du système et vise à concevoir des stratégies de contrôle afin de déplacer la situation d'équilibre de l'utilisateur vers l'optimum du système

Water distribution systems are large, spatially distributed infrastructures that ensure the distribution of potable water of sufficient quantity and quality. Mathematical models of these systems are characterized by a large number of state variables and parameter. Two major challenges are given by the time constraints for the solution and the uncertain character of the model parameters. The main objectives of this thesis are thus the investigation of projection based reduced order modelling techniques for the time efficient solution of the hydraulic system as well as the spectral propagation of parameter uncertainties for the improved quantification of uncertainties. The thesis gives an overview of the mathematical methods that are being used. This is followed by the definition and discussion of the hydraulic network model, for which a new method for the derivation of the sensitivities is presented based on the adjoint method. The specific objectives for the development of reduced order models are the application of projection based methods, the development of more efficient adaptive sampling strategies and the use of hyper-reduction methods for the fast evaluation of non-linear residual terms. For the propagation of uncertainties spectral methods are introduced to the hydraulic model and an intrusive hydraulic model is formulated. With the objective of a more efficient analysis of the parameter uncertainties, the spectral propagation is then evaluated on the basis of the reduced model. The results show that projection based reduced order models give a considerable benefit with respect to the computational effort. While the use of adaptive sampling resulted in a more efficient use of pre-calculated system states, the use of hyper-reduction methods could not improve the computational burden and has to be explored further. The propagation of the parameter uncertainties on the basis of the spectral methods is shown to be comparable to Monte Carlo simulations in accuracy, while significantly reducing the computational effort.; Les réseaux de distribution d'eau consistent en de grandes infrastructures réparties dans l'espace qui assurent la distribution d'eau potable en quantité et en qualité suffisantes. Les modèles mathématiques de ces systèmes sont caractérisés par un grand nombre de variables d'état et de paramètres dont la plupart sont incertains. Les temps de calcul peuvent s'avérer conséquents pour les réseaux de taille importante et la propagation d'incertitude par des méthodes de Monte Carlo. Par conséquent, les deux principaux objectifs de cette thèse sont l'étude des techniques de modélisation à ordre réduit par projection ainsi que la propagation spectrale des incertitudes des paramètres. La thèse donne tout d'abord un aperçu des méthodes mathématiques utilisées. Ensuite, les équations permanentes des réseaux hydrauliques sont présentées et une nouvelle méthode de calcul des sensibilités est dérivée sur la base de la méthode adjointe. Les objectifs spécifiques du développement de modèles d'ordre réduit sont l'application de méthodes basées sur la projection, le développement de stratégies d'échantillonnage adaptatives plus efficaces et l'utilisation de méthodes d'hyper-réduction pour l'évaluation rapide des termes résiduels non linéaires. Pour la propagation des incertitudes, des méthodes spectrales sont introduites dans le modèle hydraulique et un modèle hydraulique intrusif est formulé. Dans le but d'une analyse plus efficace des incertitudes des paramètres, la propagation spectrale est ensuite évaluée sur la base du modèle réduit. Les résultats montrent que les modèles d'ordre réduit basés sur des projections offrent un avantage considérable par rapport à l'effort de calcul. Bien que l'utilisation de l'échantillonnage adaptatif permette une utilisation plus efficace des états système pré-calculés, l'utilisation de méthodes d'hyper-réduction n'a pas permis d'améliorer la charge de calcul. La propagation des incertitudes des paramètres sur la base des méthodes spectrales est comparable aux simulations de Monte Carlo en termes de précision, tout en réduisant considérablement l'effort de calcul.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a highly adaptive and versatile Gram-positive bacterium that can cause a wide range of infectious diseases in humans or animals. In the early stages of infection, the interaction between S. aureus and the host cells causes inflammation, the process of which depends on several complex cellular mechanisms and a signaling cascade coordinated mainly by cytokines and their activation. The key factors determining the initiation of inflammation and its progression are pathogen/ microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs), danger-associated molecular patterns (DAMPs), pattern recognition receptors (PRRs), innate and adaptive immunity. Inflammasomes, multi-protein signaling complexes that assemble after sensing PAMPs/ DAMPs, are key players of the innate immune response. Most inflammasomes are formed by an NLR receptor, an ASC adapter protein, and active caspase-1. Once assembled, inflammasomes act as activating platforms that promote the maturation of pro-inflammatory cytokines IL-1β and IL-18 in their active forms. Their role in different types of professional phagocytes during S. aureus infection has been extensively studied. Conversely, knowledge about the involvement of inflammasomes in non-professional phagocytes (e.g. epithelial cells, endothelial cells...) is very fragmented. This work aimed to study the role of inflammasome activation during S. aureus infection in non-occupational phagocytes. We adopted a model of S. aureus infection developed on teoblastic cells (MG-63 line). Western blot and ELISA analyses were used to control caspase-1 activation and IL-1β maturation in the S. aureus MG-63 interaction. We generated MG-63 cells deleted from the caspase-1 gene (CASP1–/– MG-63 cells) using the CRISPR/Cas9 approach. This allowed us to demonstrate the involvement of inflammasomes in the innate immune response to S. aureus by non-professional phagocytes. Unexpectedly, we have shown that S. aureus proliferates in CASP1–/– MG-63 cells, suggesting that Casp1 (or Casp1-regulated phenomenon) is involved in the elimination of intracellular S. aureus. We found that the formation of the inflammasome in MG-63 cells is later than in professional phagocytes. Besides, the use of S. aureus strains (deletion mutants) expressing or not Phenol-Soluble Modulins (PSM) allowed us to determine the role of PSM in this trigger. Thus, we have demonstrated that S. aureus can activate inflammasome formation in non-professional phagocytes (MG-63) cells and that PSM is involved in this phenomenon.; Staphylococcus aureus (S. aureus) est une bactérie à Gram positif hautement adaptative et polyvalente qui peut causer un large éventail de maladies infectieuses chez l’homme ou l’animal. Lors des premières étapes de l’infection, l’interaction entre S. aureus et les cellules hôtes entraine une inflammation dont le processus dépend de plusieurs mécanismes cellulaires complexes et une cascade de signalisation coordonnée principalement par des cytokines et leur activation. Les facteurs clés déterminant l’initiation de l’inflammation et sa progression sont les pathogen-/microbe-associated molecular patterns (PAMPs/MAMPs), les danger-associated molecular patterns (DAMPs), les Pattern Recognition Receptors (PRRs), l’immunité innée et adaptative. Les inflammasomes, complexes de signalisation multiprotéines qui s'assemblent après la détection de PAMPs/DAMPs sont des facteurs clés de la réponse immunitaire innée. La plupart des inflammasomes sont composés d’un récepteur NLR, d’une protéine adaptatrice ASC et de la caspase-1 activée. Une fois assemblés, les inflammasomes agissent comme des plateformes activatrices qui favorisent la maturation des cytokines proinflammatoires IL-1β et IL-18 sous leurs formes actives. Leur rôle dans les différents types de phagocytes professionnels au cours de l'infection à S. aureus a été largement étudié. A l’inverse, les connaissances sur l'implication des inflammasomes dans les phagocytes nonprofessionnels (e.g. cellules épithéliales, endothéliales…) sont très parcellaires. L'objectif de ce travail était d'étudier le rôle de l'activation de l'inflammasome lors d’une infection à S. aureus sur des phagocytes non-professionnels. Nous avons adopté pour cela un modèle d'infection à S. aureus mis au point sur des cellules ostéoblastiques (lignée MG-63). Des analyses Western blot et ELISA ont été utilisées pour contrôler l'activation de Caspase-1 et la maturation de l’IL-1β lors de l’interaction S. aureus MG-63. Nous avons généré des cellules MG-63 délétées du gène caspase-1 (CASP1–/– MG-63 cells) en utilisant l'approche CRISPR/Cas9. Ceci nous a permis de démontrer l’implication des inflammasomes dans la réponse immune innée à S.aureus par des phagocytes non-professionnels. De façon inattendue, nous avons montré que S. aureus prolifère dans les CASP1–/– MG-63 cells, suggérant que Casp1 (ou les phénomènes régulés par Casp1) est impliquée dans l’élimination de S. aureus intracellulaire. Nous avons constaté que la formation de l'inflammasome dans les cellules MG-63 est cependant plus tardive que dans des phagocytes professionnels. De plus, l'utilisation de souches de S. aureus (mutants de délétion) exprimant ou non des Phenol Soluble Modulins (PSM) nous a permis de déterminer le rôle des PSM dans ce déclenchement. Ainsi, nous avons démontré que S.aureus est capable d’activer la formation d’inflammasome dans des cellules (MG-63), phagocytes non professionnels et que les PSM sont impliqués dans ce phénomène.

Plusieurs exemples de structures ont subi des endommagements conséquents, avec dans certains cas un effondrement, à la suite d'une propagation de la défaillance résultant d'une action accidentelle ou exceptionnelle. Ces évènements catastrophiques soulignent l'importance d'un dimensionnement n'étant pas limité à la seule vérification de la sécurité dans des conditions accidentelles, mais qui préserve une capacité résiduelle suffisante pour ne pas engendrer d'effondrement progressif sous l'action d'évènements exceptionnels n'ayant pas été identifiés à l'étape de dimensionnement. Les codes de conception actuels recommandent d'avoir un niveau de robustesse approprié pour éviter un effondrement disproportionné en cas d'évènement exceptionnel. Une difficulté majeure est de quantifier la robustesse d'une structure sous de telles situations exceptionnelles. Dans le domaine de l'ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme « l'aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ». Pour prendre en compte cette exigence, la détermination d'indicateurs est essentielle pour évaluer la capacité d'une structure à faire face à ces évènements, à estimer la capacité à éviter un effondrement disproportionné et également à être un outil d'aide à la décision. Plusieurs métriques ont été récemment proposées dans la littérature. Cependant, les méthodes en question ne sont pas encore pleinement intégrées dans les pratiques d'ingénierie. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une approche pour quantifier la robustesse structurale. L'effondrement progressif est pris en compte via un couplage itératif entre un calcul à la rupture et un calcul non linéaire aux éléments finis. Des indices sont introduits pour mesurer un niveau de robustesse et être utilisés comme outil d'aide à la décision. Des cas d'étude sont considérés pour illustrer les concepts proposés (étude de plusieurs scénarios de défaillance, identification des scénarios les plus critiques et évaluation de la capacité structurale à éviter une propagation de la défaillance). Several examples of structures have been severely damaged, or even reached the total collapse, after the propagation of some local failure, resulting from an accidental or exceptional event. These catastrophic events highlight the importance of the structural design not to be limited to safety under normal conditions, but also to preserve structural integrity under an exceptional event not identified at the design stage. Modern design codes recommend ensuring an appropriate level of robustness to prevent from disproportionate collapse under an exceptional event. One of the major difficulties is to quantify the concept of structural robustness when checking the structural safety under exceptional situations. In this respect, the Eurocodes define the structural robustness as 'the ability of a structure to withstand events like fire, explosions, impact or the consequences of human error, without being damaged to an extent disproportionate to the original cause'. To meet such requirements, robustness indicators are essential to assess the capacity of the structure to withstand events, estimate the safety against disproportionate collapse, and finally be used as a decision support for design choices. Several robustness metrics have been recently proposed in the literature. However, despite developments in this field, these methods are still not fully used in engineering practice to effectively assess structural robustness. The main objective of this PhD is to propose an approach to quantify the structural robustness. Progressive collapse is modelled based on an iterative coupling between the yield design approach and a non-linear analysis. Some indices are introduced to measure the structural robustness and be used as a decision support tool. Case studies are considered to illustrate the proposed concepts (study of a large number of scenarios, identification of the most critical ones, and evaluation of the structural capacity to prevent failure propagation).

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur plusieurs aspects des recherches réalisés par l'auteur sur les bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUP). Sont ainsi détaillés les travaux sur : - la caractérisation du comportement en traction des BFUP; - la détermination de l'adhérence du BFUP avec des armatures passives ; - l'étude du comportement sous sollicitations sismiques de poteaux en BFUP armé ou de poteaux en béton armé renforcés par un chemisage en BFUP; - la prévision de la fissuration de structures en BFUP armé. - Ces travaux réalisés dans le cadre de la révision des recommandations AFGC sur les BFUP de 2013 et dans le cadre du projet de recherche partenariale Badifops entre 2011 et 2015 ont servi à l'élaboration des normes françaises NF P18-470 et NF P18-710 sur la spécification et le calcul des ouvrages en BFUP. Le mémoire détaille ces expérimentations, leur interprétation et les perspectives d'investigations complémentaires. The works presented in this thesis deal with several aspects of the research carried out by the author about ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC). The following subjects are detailed : the characterization of the tensile behaviour of the UHPFRC; the determination of the bond between UHPFRC and steel rebars ; | the behaviour of reinforced UHPFRC columns or ordinary reinforced concrete column strengthened with a UHPFRC jacket ; the prevision of the cracking of structures made of UHPFRC with steel rebars. These works have been carried out in the frame of the revision of the AFGC recommendations on UHPFRC (2013) and in the frame of the research project Badifops (2011-2015). They have been used to elaborate the new French standards about UHPFRC specification and structural design (NF P18-470 and NF P18-710). This thesis details the experiments, their interpretation and the perspectives and proposes some suggestions for further investigations.

Pairing between beer and dishes emerges as a new trend in France. Beer promoters or gastronomy professionals need to offer high-quality advices in terms of beer and food pairing to their customers. Within this context, the objective of the research was to identify pairing principles and to better understand the underlying perceptual mechanisms. Determinants of food and beverage pairing were first analysed from experts’ discourses. Results showed that food and beverage pairings are governed by perceptual, conceptual and affective features, related to physio-chemical, perceptual and cognitive processes. Experts often mentioned “Aromatic Similarity” as one of the main pairing principles. This “Aromatic similarity” principle consists in matching two products sharing similar aromas. Underlying perceptual mechanisms were then investigated. Results showed that aromatic similarity in food and beverage generally increases harmony and homogeneity and decreases complexity of the match. These effects can be reinforced by orientating the attentional focus on the shared aroma. From a theoretical point of view, this work concludes that beer and food pairing includes sensory dimensions with the search for harmony, as well as symbolic and contextual dimensions. From an applied point of view, this work provides useful information to gastronomy professionals with recent knowledge on perceptual mechanisms underlying food and beverage pairing principles., L’association de la bière avec les mets apparaît comme une nouvelle tendance en France. Il est donc nécessaire pour les promoteurs de bière et les professionnels de la gastronomie de fournir à leurs clients des conseils de qualité en terme d’accord bière et mets. Au vu de ce contexte, l’objectif de la thèse était d’identifier les principes d’association et de mieux comprendre les mécanismes perceptuels qui les sous-tendent. Les déterminants des accords mets et boissons ont, dans un premier temps, été identifiés à partir du discours d’experts. Les résultats ont montrés que les associations mets et boissons sont régies par des caractéristiques perceptuelles, conceptuelles et affectives, liées à des mécanismes physico-chimiques, perceptuels et cognitifs. Les experts ont souvent mentionné la «similarité aromatique» comme l'un des principaux principes d'association. Ce principe consiste à associer deux produits partageant des arômes similaires. Les mécanismes perceptuels sous-jacents à ce principe ont été investigués. Les résultats ont montrés qu’une similarité aromatique entre un mets et une boisson augmente le niveau d’harmonie et d’homogénéité de leur association et diminue sa complexité. Ces effets peuvent être renforcés en orientant l’attention du dégustateur sur l’arôme partagé. D’un point de vue théorique, cette thèse conclut que l’association bières et mets inclut des dimensions sensorielles avec une recherche d’harmonie, mais aussi des dimensions symboliques et contextuelles. D’un point de vue plus appliqué, cette thèse fournit aux professionnels de la gastronomie, de nouvelles informations concernant les mécanismes perceptifs sous-tendant les principes d’associations.

Skeletal muscles, responsible for voluntary movements such as locomotion or posture maintenance, represent about 40% of body mass. This muscle mass is maintened by several signaling pathways that regulate , among other things, the balance between synthesis and degradation of myofibrillar proteins. By targeting the Akt/mTOR pathway, myostatin is a negative regulator of myogenesis. It inhibits myogenic differentiation and cell turnover. Among the various endogenous molecular factors that regulate myostatin, proteins GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) have been described as antagonists of its activity. The Animal Genetics Unit has developed several strategies to understand the molecular mechanisms that govern the role (s) of GASP proteins during muscle development. Thus, the creation of the transgenic mouse line named surGasp-1-20 has shown that overexpression of Gasp-1 results in a hypermuscular phenotype associated with myofibril hypertrophy. An analysis of gene expression in myoblasts derived from satellite cells showed overexpression of myostatin correlating with an absence of hyperplasia in Gasp-1-20 mice. Similar studies currently underway for the protein GASP-2 should clarify its role in the muscular context. Proteins GASP are also defined as compound heterotypic inhibitors characterized by several inhibitory domains that can modulate the activity of different proteases. Among these different modules, the second Kunitz domain of GASP-2 was previously been described as able to inhibit trypsin. In this work, we have shown that the two whole proteins conserve this capacity of inhibition. However, our results indicate that GASP-1 and GASP-2 exhibit a difference in specificity due to the composition of the second Kunitz domain and not to the molecular environment present in each of the proteins. Finally, by modeling, we propose a structural model of the second Kunitz domain of GASP-1 and GASP-2 implicated in the antitrypsin inhibition specificity.; Les muscles squelettiques, responsables des mouvements volontaires tels que la locomotion ou le maintien de la posture, représentent environ 40% de la masse corporelle.Cette masse musculaire est maintenue par plusieurs voies de signalisation qui régulent entre autres l’équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines myofibrillaires. En ciblant la voie de signalisation Akt/mTOR, la myostatine est un régulateur négatif de la myogenèse. Elle inhibe la différentiation myogénique et le renouvellement cellulaire. Parmi les différents facteurs moléculaires extracellulaires qui régulent la myostatine, les protéines GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) ont été décrites comme des antagonistes de son activité. L’Unité de Génétique Animale a développé plusieurs stratégies qui permettent d’appréhender les mécanismes moléculaires qui régissent le(s) rôle(s) des protéines GASP au cours du développement musculaire. Ainsi, la création de la lignée murine appelée surGasp-1-20 a permis de montrer que la surexpression de Gasp-1 entraîne un phénotype hypermusclé associé à une hypertrophie des myofibrilles. Une analyse de l’expression génique dans des myoblastes dérivés des cellules satellites montre une surexpression de la myostatine corrélant avec une absence d’hyperplasie chez les souris surGasp-1-20. Des études similaires actuellement en cours pour la protéine GASP-2 devraient permettre de préciser son rôle dans le contexte musculaire. Les protéines GASP sont également définies comme des inhibiteurs composés hétérotypiques caractérisés par plusieurs domaines inhibiteurs pouvant moduler l’activité de différentes protéases. Parmi ces différents domaines,le second domaine Kunitz de GASP-2 a été précédemment décrit comme pouvant inhiber la trypsine. Dans ce travail, nous avons pu montrer que les deux protéines entières conservent cette capacité d’inhibition. Nos résultats indiquent cependant que GASP-1 et GASP-2 présentent une différence de spécificité due à la composition du second domaine Kunitz et non à l’environnement moléculaire présent dans chacune des protéines. Enfin, nous proposons un modèle structural du second domaine Kunitz impliqué dans la dualité fonctionnelle dans l'inhibition anti-trypsine de GASP-1 et GASP-2.

Laboratoire d'accueil : UMR Evolution et Diversité Biologique UPS-CNRS-IRD, Toulouse

Skeletal muscles, responsible for voluntary movements such as locomotion or posture maintenance, represent about 40% of body mass. This muscle mass is maintened by several signaling pathways that regulate , among other things, the balance between synthesis and degradation of myofibrillar proteins. By targeting the Akt/mTOR pathway, myostatin is a negative regulator of myogenesis. It inhibits myogenic differentiation and cell turnover. Among the various endogenous molecular factors that regulate myostatin, proteins GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) have been described as antagonists of its activity. The Animal Genetics Unit has developed several strategies to understand the molecular mechanisms that govern the role (s) of GASP proteins during muscle development. Thus, the creation of the transgenic mouse line named surGasp-1-20 has shown that overexpression of Gasp-1 results in a hypermuscular phenotype associated with myofibril hypertrophy. An analysis of gene expression in myoblasts derived from satellite cells showed overexpression of myostatin correlating with an absence of hyperplasia in Gasp-1-20 mice. Similar studies currently underway for the protein GASP-2 should clarify its role in the muscular context. Proteins GASP are also defined as compound heterotypic inhibitors characterized by several inhibitory domains that can modulate the activity of different proteases. Among these different modules, the second Kunitz domain of GASP-2 was previously been described as able to inhibit trypsin. In this work, we have shown that the two whole proteins conserve this capacity of inhibition. However, our results indicate that GASP-1 and GASP-2 exhibit a difference in specificity due to the composition of the second Kunitz domain and not to the molecular environment present in each of the proteins. Finally, by modeling, we propose a structural model of the second Kunitz domain of GASP-1 and GASP-2 implicated in the antitrypsin inhibition specificity.; Les muscles squelettiques, responsables des mouvements volontaires tels que la locomotion ou le maintien de la posture, représentent environ 40% de la masse corporelle.Cette masse musculaire est maintenue par plusieurs voies de signalisation qui régulent entre autres l’équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines myofibrillaires. En ciblant la voie de signalisation Akt/mTOR, la myostatine est un régulateur négatif de la myogenèse. Elle inhibe la différentiation myogénique et le renouvellement cellulaire. Parmi les différents facteurs moléculaires extracellulaires qui régulent la myostatine, les protéines GASP (Growth and differentiation factor Associated Serum Protein) ont été décrites comme des antagonistes de son activité. L’Unité de Génétique Animale a développé plusieurs stratégies qui permettent d’appréhender les mécanismes moléculaires qui régissent le(s) rôle(s) des protéines GASP au cours du développement musculaire. Ainsi, la création de la lignée murine appelée surGasp-1-20 a permis de montrer que la surexpression de Gasp-1 entraîne un phénotype hypermusclé associé à une hypertrophie des myofibrilles. Une analyse de l’expression génique dans des myoblastes dérivés des cellules satellites montre une surexpression de la myostatine corrélant avec une absence d’hyperplasie chez les souris surGasp-1-20. Des études similaires actuellement en cours pour la protéine GASP-2 devraient permettre de préciser son rôle dans le contexte musculaire. Les protéines GASP sont également définies comme des inhibiteurs composés hétérotypiques caractérisés par plusieurs domaines inhibiteurs pouvant moduler l’activité de différentes protéases. Parmi ces différents domaines,le second domaine Kunitz de GASP-2 a été précédemment décrit comme pouvant inhiber la trypsine. Dans ce travail, nous avons pu montrer que les deux protéines entières conservent cette capacité d’inhibition. Nos résultats indiquent cependant que GASP-1 et GASP-2 présentent une différence de spécificité due à la composition du second domaine Kunitz et non à l’environnement moléculaire présent dans chacune des protéines. Enfin, nous proposons un modèle structural du second domaine Kunitz impliqué dans la dualité fonctionnelle dans l'inhibition anti-trypsine de GASP-1 et GASP-2.

The organic rabbit production was unknown and few researches were carried out. In this exploratory study, the first aim was to describe the organic rabbit production systems in France and characterize their technical parameters. Secondly, we researched the main factors influencing these parameters. To reach these goals, data from 2012 to 2017 from 9 organic rabbit farms were compared with data from 2014 from conventional rabbit farms. The organic farmers were interviewed twice. Mainly located in the North-West of France, 22% the organic rabbit production and 33% of the conventional ones bred only rabbits: It is a secondary production. Organic rabbit production was a new developing niche market, with about 30 farmers in France in 2017 and 66% of them settled after 2013. Their systems were extensive with 4 to 10 adults/ha compared to 20 rabbits/ha of the conventional farms. Unlike rabbits in organic systems, conventional rabbits were kept in a highly controlled environment in closed buildings (>99%). In 89% of the organic farms, does were kept in movable cages and 100% of the meat rabbits in parks. The reproduction management was flexible in organic farms. The technical performances were lower than in conventional farms. All farms had different technical performances but none of the farm was significantly performing better than the others. Overall, fertility rate was 57% for organic farms. Per parturition, 8.8 kits were born, among them 8.0 were alive and 6.2 weaned. In conventional farms, numbers were higher: 10.7 total born, 10.1 born alive and 8.6 weaned. Mortality rates were a lot higher in organic litters than in conventional. Multiple factors influencing the technical performances have been identified in organic farms. The genetic potential (fertility, prolificacy, meat conformation, growth rate) seemed to be the most important. Then the sanitary issues (diseases, parasites and predators) were an important concern due to sudden and irregular episodes with heavy consequences. Other factors pointed out were the working time, the feed quality and quantity, the farmer experience and the access to information.

In swine breeding industry, sows have been selected for decades on their prolificacy in order to maximize meat production. However, this selection is associated with a higher mortality of newborns. In this context, the skeletal fetal muscle is essential for the piglet’s survival, as it is necessary for motor functions and thermoregulation. Besides, the three-dimensional structure of the genome has been proven to play an important role in gene expression regulation. Thus, in this project, we have focused our interest on the 3D genome conformation and gene expression in porcine muscle nuclei at late gestation. We have initially developed an original approach in which we combined transcriptome data with information of nuclear locations (assessed by 3D DNA FISH) of a subset of genes, in order to build gene co-expression networks. This study has revealed interesting nuclear associations involving IGF2, DLK1 and MYH3 genes, and highlighted a network of muscle-specific interrelated genes involved in the development and maturity of fetal muscle. Then, we assessed the global 3D genome conformation in muscle nuclei at 90 days and 110 days of gestation by using the High-throughput Chromosome Conformation Capture (Hi-C) method. This study has allowed identifying thousands of genomic regions showing significant differences in 3D conformation between the two gestational ages. Interestingly, some of these genomic regions involve the telomeric regions of several chromosomes that seem to be preferentially clustered at 90 days. More important, the observed changes in genome structure are significantly associated with variations in gene expression between the 90th and the 110th days of gestation.

Although non-genetic and genetic approaches heavily improved feed efficiency in the last decades, feed cost still contributes to a large proportion of pork production costs. In addition, the limited efficiency of feed use not only increases the environmental impact due to the waste of feed. Over the last decades, advances in high-throughput technologies for animal management, including automatic self-feeders, created a proliferation of repeated data or longitudinal data. The objective of this thesis was to develop new genetic models to better quantify the genetic potential of animals for feed efficiency using longitudinal data on body weight (BW), feed intake and body composition of the animals. Data from 2435 growing Large White pigs from a divergent selection experiment for residual feed intake (RFI) were used. In this population, males were weighted every week whereas females and castrated males were weighted every month at the beginning of the test (10 weeks of age) and more often towards the end of the test (23 weeks of age). In a first step, different approaches investigated how to predict missing weekly BW for intermediate stages. For the tested period, a quasi linear interpolation based on the adjacent weeks is the best approach to deal with missing BW in our dataset. In a second step, different longitudinal models, such as random regression (RR) models, structured antedependence models (SAD) and character process models, in which the covariances between weeks are accounted for, were compared. The comparison focused on best-fit to the data criteria (Loglikelihood, Bayesian Information Criterion), on variance components estimations (heritability estimates, genetic variances and genetic correlations between weeks) and on predictive ability (Vonesh concordance coefficients). The results showed that SAD is the most parsimonious model for feed conversion ratio (FCR) and for RFI, two measures of feed efficiency. The SAD model also provided similar predictive abilities as the other models.A selection criterion combining the weekly breeding values was proposed for practical applications to selection. In addition, we evaluated the potential of genomic information to improve the accuracy of breeding value predictions for average daily gain and residual feed intake, applying single step genomic approaches to the RR and SAD models. In our dataset, prediction accuracies was low for both traits, and was not much improved by genomic information. Finally, we showed that divergent selection for RFI had a major impact on the FCR and RFI profile trajectories in each line. In conclusion, this thesis showed that selection for trajectories of feed efficiency is feasible with the current available information. Further work is needed to better evaluate the potential of genomic information with these models, and to validate strategies to select for these trajectories in practice., Bien que des approches non génétiques et génétiques aient été mises en oeuvre pour améliorer l’efficacité alimentaire des animaux au cours des dernières années, le coût des aliments constitue encore la plus grande partie des coûts de production de nombreux systèmes d’élevage. De plus, une efficacité alimentaire non optimale augmente l’impact environnemental de l’élevage par gaspillage d'aliments. Au cours des dernières décennies, les progrès dans les technologies à haut débit pour la gestion des animaux, notamment le développement de distributeurs automatiques d’aliment, permettent d’obtenir de nombreuses mesures répétées au cours du temps (données longitudinales) de la consommation individuelle des animaux. L'objectif de cette thèse était de développer de nouveaux modèles génétiques pour mieux quantifier le potentiel génétique des animaux pour l'efficacité alimentaire en utilisant ce type de données. Les données de 2435 porcs Large White en croissance provenant d'une expérience de sélection divergente pour la consommation résiduelle ont été utilisées au cours de cette thèse. Dans cette population, les mâles étaient pesés chaque semaine alors que les femelles et les mâles castrés étaient pesés tous les mois entre 10 et 23 semaines d’âge. Dans une première étape, nous avons comparé différentes approches pour prédire les poids corporels hebdomadaires manquants de ces animaux afin d’améliorer l’évaluation de leur efficacité alimentaire. Pour la période testée, une interpolation quasi linéaire basée sur les semaines adjacentes est la meilleure approche pour traiter les poids corporels manquants dans notre ensemble de données. Dans un second temps, différents modèles longitudinaux tels que les modèles de régression aléatoire (RR), les modèles antédependants structuraux (SAD) et les modèles de type « character process » ont été comparés pour l’analyse de l’efficacité alimentaire. La comparaison a été réalisée en se basant sur des critères d’ajustement aux données (Log vraisemblance, Critère d'Information Bayésien), sur les estimations des composantes de variances (estimations de l'héritabilité, des variances génétiques et des corrélations génétiques entre semaines) et sur la capacité prédictive (coefficients de concordance de Vonesh) de chaque modèle. Les résultats ont montré que le modèle SAD est le plus parcimonieux pour l’indice de consommation (IC) et la consommation résiduelle, deux mesures d’efficacité alimentaire. Ce modèle fournit également des capacités prédictives similaires à celles des autres modèles. Un critère de sélection combinant les prédictions des valeurs génétiques hebdomadaires de chaque animal a été proposé pour des applications pratiques de ces modèles dans un objectif de sélection. En outre, nous avons évalué comment l'information génomique pouvait améliorer la précision des prédictions des valeurs génétiques des animaux pour le gain moyen quotidien et la consommation résiduelle, en appliquant des approches génomiques « single-step » aux modèles RR et SAD. Les résultats obtenus ont montré que les précisions étaient faibles et les biais de prédiction importants pour les deux caractères, et qu’ils n'étaient pas améliorés par l’apport de l’information génomique. Enfin, nous avons montré que la sélection divergente pour la consommation résiduelle avait un impact majeur sur les trajectoires de l’indice de consommation et de la consommation résiduelle pendant la croissance dans chaque lignée. En conclusion, cette thèse a montré que la sélection pour des trajectoires d'efficacité alimentaire est faisable avec les informations disponibles actuellement. Des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux évaluer le potentiel de l'information génomique avec ces derniers modèles et pour valider les stratégies de sélection sur ces trajectoires d’efficacité alimentaire au cours du temps dans la pratique.

Legume crops are known for their capacities to establish a symbiotic relationship with nitrogen fixing soil bacteria. This mutualism culminates in the formation of a new plant organ, the root nodule, in which the symbiont converts atmospheric nitrogen (N2) into ammonia, which can be directly consumed by plants. In nodules, bacterial nitrogenase enzyme is inhibited by traces of oxygen (O2) so different mechanisms maintain this organ at low O2 level. At the same time, nodules need to maintain a high ATP level to support the nitrogenase activity, which is highly energy demanding. Thus, a balance between a tight protection from O2 and an efficient energy production, referred as the “O2 paradox” of N2-fixing legume nodules, has to be reached. In Arabidopsis thaliana, a direct oxygen sensing mechanism has recently been discovered involving members of the ethylene responsive factors (ERFs) group VII. These transcription factors (TFs) possess a characteristic N-terminal amino acid with a cysteine residue at the second position that, under normal O2 conditions, leads to protein degradation following a specific pathway called the N-end rule pathway. Furthermore, it was shown that both O2 and nitric oxide (NO) are required to destabilize the ERFs VII and that a reduction in the availability of either gas is sufficient to stabilize these proteins. Therefore, the goal of this thesis was to investigated the role of ERF-VII family in O2 sensing and adaptation to hypoxia in M. truncatula, model plant for legumes, and to understand how NO interacts with O2 in hypoxic signalization in the microoxic environment that characterizes the nodule. We identified four genes belonging to the ERF-VII TF family in the M. truncatula genome, which present a strong similarity with ERF-VII of Arabidopsis. The characterization of this family at the transcriptional level revealed that only MtERF-B2.2 is up-regulated by hypoxia stress and during nodule development. The three others, MtERF-B1.1, MtERF-B1.11 and MtERF-B2.3 are found constitutively expressed in leaves, roots and nodules. To investigated the protein stability of MtERF-B2.1, the closest orthologous to AtRAP2.12 described as O2-sensors in Arabidopsis, in function of O2/NO availability, we realized a fusion protein with the luciferase reporter protein. Our results on Arabidopsis protoplasts indicated that the N-terminal part of MtERF-B2.1 drives its O2-dependent degradation by the N-end rule pathway. The function of MtERF-B2.1 and MtERF-B2.11 was also investigated both in response to hypoxia stress and during the nodulation process using an RNA interference strategy. Silencing of MtERFB2.1 and MtERF-2.11 showed a significant lower activation of several core hypoxia-responsive genes such as ADH1, PDC1, nsHb1 and AlaAT. These double knock-down transgenic roots were also affected in symbiotic interaction with a significant reduction of the nodulation capacity and nitrogen fixation activity in mature nodules. Overall, the results reveal that O2 sensing mechanism is mediated by ERF-VIIs in M. truncatula roots and nodules and that this mechanism, together with downstream targets, is involved in the organ development and ability to efficiently fix nitrogen. Furthermore, results indicated that MtERF-B2.1/B2.11 are positive regulator of the anaerobic metabolism and the Hb-NO cycle– related genes likely in order to activate alternative ATP generation pathways.; Les légumineuses sont connues pour leurs capacités à établir une relation symbiotique avec des bactéries du sol fixatrices de l'azote atmosphérique. Cette interaction aboutit à la formation d'un nouvel organe au niveau des racines, la nodosité, au sein duquel le symbiote convertit l'azote atmosphérique (N2) en ammoniac, qui peut être directement consommé par les plantes. A l’intérieur de cette nodosité, la concentration en oxygène (O2) est maintenue à un très faible niveau car la réaction de réduction du N2 par l’enzyme bactérienne nitrogénase est inhibée par des traces d’oxygène. Un mécanisme de perception directe de l'O2 impliquant des membres de la famille des facteurs de transcription « Ethylene Responsive Factors » (ERFs) du groupe VII a récemment été découvert chez Arabidopsis thaliana. Ces facteurs de transcription (FT) possèdent une extrémité N-terminale caractéristique avec un résidu de cystéine à la seconde position. Dans des conditions normales d'O2, les FT sont conduit à la dégradation suivant une voie spécifique du protéasome. En condition de stress hypoxique, les TFs sont stabilisés et peuvent activer l’expression des gènes de réponse à l'hypoxie. Il a été démontré que la présence d’O2 et de NO était nécessaire pour déstabiliser ces protéines, et qu'une réduction de la disponibilité de l'un ou l'autre des gaz est suffisante pour protéger le résidu cystéine N-terminale de l'oxydation. L’objectif de cette thèse a été d'étudier le rôle de la famille ERF-VII dans la perception et l'adaptation au manque d'O2 chez M. truncatula. Des travaux ont aussi été menés pour déterminer l’importance du NO dans le fonctionnement en microoxie de la nodosité. Quatre gènes codant pour des facteurs de transcription de la famille ERF-VII ont été identifiés dans le génome de M. truncatula. La caractérisation de cette famille au niveau transcriptionnel a révélé que seul MtERF-B2.2 était induit par le stress hypoxique et au cours du développement des nodosités. Les trois autres, MtERF-B1.1, MtERF-B1.11 et MtERF-B2.3, sont constitutivement exprimés dans les feuilles, les racines et les nodosités. Pour étudier la stabilité de la protéine MtERF-B2.1, l’orthologue de RAP2.12 principal ERF-VII décrit dans la perception de l’O2 chez Arabidopsis, en fonction de la disponibilité de O2/NO, nous avons réalisé une protéine de fusion entre l’extrémité N-terminale de notre protéine et la protéine rapporteur luciférase. Les résultats obtenus sur des protoplastes d'Arabidopsis montrent l’implication la partie N-terminale de MtERF-B2.1 dans la régulation de la stabilité de la protéine, mais en contradiction avec les résultats obtenus en plantes composites de M. truncatula. La fonction de MtERF-B2.1 et MtERF-B2.11 a également été étudiée dans le cadre de la réponse au stress hypoxique et au cours du processus de nodulation en utilisant une stratégie d'interférence ARN. Des racines transgéniques dérégulées sur l’expression de MtERF-B2.1 et MtERF-B2.11 ont montré un défaut d’activation de plusieurs gènes de réponses à l'hypoxie tels que l’alcool déshydrogénase (ADH1) ou la pyruvate décarboxylase (PDC1). Ces racines transgéniques ARNi-MtERF-B2.1/B2.11 sont également affectées dans l'interaction symbiotique avec une réduction significative de la capacité de nodulation et de l'activité de fixation de l'azote dans les nodules matures. En conclusion, ces travaux révèlent que le mécanisme de détection d'O2 est médié par les ERF-VII dans les nodosités de M. truncatula et que ce mécanisme, associé aux cibles moléculaires régulées en aval, participe au développement de cet organe et au maintien de la capacité de fixatrice de celui-ci. De plus, les résultats indiquent que MtERF-B2.1/B2.11 sont des régulateurs positifs du métabolisme anaérobie et que les gènes associés au cycle hémoglobine-NO sont susceptibles d'activer d'autres voies de génération d'ATP.

Anaerobic digestion is a biological process carried out by a complex and synergistic network of microbial communities allowing the degradation of organic matter such as agricultural waste or effluents from wastewater treatment plants, into biogas, a gas recoverable into energy. The mechanisms influencing microbial communities at the heart of this process but also in nature remain misunderstood because of a low understanding of their dynamics. The objectives of this project are therefore to develop an anaerobic digestion system to better understand the dynamics of microbial community assembly. Thus, a new continuous reactor process has been developed with automated feeding, biomass wasting and degassing functions. Automation and multiplexing of reactors allows for the continuous parallel manipulation of 30 reactors in parallel. In addition to the automation, many parameters are versatile, such as the substrate loading (once a minute up to batch conditions), the reactor volume (50 to 200 mL), the temperature (room to 55°C), but also the use of the aerobic system or the implementation of other tools such as LEDs for phototrophic cultures. Capable of accurately quantifying the performance of a methanogenic ecosystem, this system has enabled us to test the structure and the performance of five different methanogenic ecosystems that have been mixed and tested individually. By mixing different methanogenic ecosystems the Archaea diversity has increased transiently. Besides, a correlation is observed between the diversity of mixed communities and their methanogenic performance; yet the individual communities have a better functioning at the same level of diversity. Interestingly, the mixture of some communities has allowed for better methane production than individual communities, suggesting the development of specific interactions in these communities. In a novel way compared to the literature and that the majority of individual bacterial communities are found in mixed communities. Contrary to the idea of selecting a more adapted or functional community, here the majority of communities have settled. These experiments suggest that a parameter such as the functionality of a bioprocess can be improved by bioaugmentation.; La digestion anaérobie est un procédé biologique effectué par un réseau complexe et synergique de communautés microbiennes permettant la dégradation de matière organiques comme les déchets agricoles ou les effluents de station d’épuration en biogaz, un gaz valorisable en énergie. Les mécanismes influençant les communautés microbiennes au cœur de ce procédé mais aussi dans la nature restent incompris du fait de la faible compréhension de leur dynamique. Les objectifs de ce projet visent à donc développer un système de digestion anaérobie permettant de mieux comprendre la dynamique de l’assemblage des communautés microbiennes. Ainsi un nouveau procédé de réacteurs en continu dont les fonctions d’alimentation de soutirage et de dégazage sont automatisées a été développé. L’automatisation et le multiplexage des réacteurs permettent la manipulation de 30 réacteurs en continu en parallèle. Outre l’automatisation ce système, de nombreux paramètres sont flexibles comme le taux de charge (une fois par minute jusqu’à une condition batch), le volume de réacteur (50 à 200mL), la température (pièce – 55°C), mais aussi l’utilisation du système en aérobie ou l’implémentation d’autres outils comme des LEDs pour les cultures phototrophes. Capable de quantifier précisément la performance d’un écosystème méthanogène, ce système nous a permis de tester la structure et la performance d’écosystèmes méthanogènes mis en mélanges et testés de façon individuelle. En mélangeant des écosystèmes méthanogènes différents, la diversité des Archées a augmenté transitoirement. Une corrélation est d’ailleurs observée entre la diversité de ces communautés mélangées et leur performance méthanogène, seulement à même diversité les communautés individuelles ont un meilleur fonctionnement. L’assemblage de certaines communautés mélangées a pourtant permis une meilleure production de méthane que les communautés individuelles, ce qui suggère le développement d’interactions spécifiques de ces communautés. De façon nouvelle par rapport à la littérature, la majorité des communautés bactériennes individuelles sont retrouvées dans les communautés mélangées. Soit contrairement à l’idée d’une sélection d’une communauté plus adaptée ou plus fonctionnelle, ici la majorité des communautés se sont implantées. Ces expériences suggèrent qu’un paramètre tel que la fonctionnalité d’un bioprocédé peut-être amélioré par bioaugmentation.

In plants, while it is clear the homeostasis of different nutrients is highly dependent on each other, they are usually studied independent of each other. Given the paucity of past studies assessing the biological significance of mineral nutrient homeostasis interaction, very little is known about the genetic and molecular basis of such interactions. During my thesis, we made significant progress in going towards a more integrative comprehension of the problem and identify the molecular and genetic bases for a highly important and conserved nutrients interaction: the interaction of zinc and phosphate. First, using the phosphate transporter PHO1;H3 as entry molecular point, and by combining system biology and functional genomics approaches we have identified the functional module (four transcription factors) that regulates the expression and activity of PHO1;H3 under Zn deficiency leading to control Pi accumulation in shoots. Second, following our discovery of Lyso PhosphatidylCholine (PC) AcylTransferase 1 (LPCAT1) using genome-wide association studies (GWAS), we determined complete molecular pathway controlling the expression of this gene. We further uncovered a fundamental link between phospholipid metabolism and Pi-Zn homeostasis interaction via LPCAT1, which lays the foundations to explore a new role for Lyso-PC and PC in control of macro- and micronutrients homeostasis interaction. Taken together, our discoveries offer a new perspective on how to improve Pi content in plants, as our findings suggests that modulating the Zn-deficiency signalling pathway might be a good and simple approach for that.

With unprecedented urban growth at the planetary scale, urban wastewater systems (UWS) are faced with the operational challenge of managing ever increasing and polluted stormwater to mitigate impairments of the quality of aquatic ecosystems. However, to which extent do wet-weather control strategies actually help reduce overall environmental impacts? With the general aim of assessing in a whole-systems perspective to improve the environmental assessment of UWS with Life Cycle Assessment (LCA), by including impacts from operation and infrastructure, and impacts from discharged pollutants, the objective of the thesis is: "Is it possible to perform the LCA of Urban Wastewater Systems that captures the temporal variability of water discharges in an urban catchment?". The first step in this work demonstrates the relative importance of the impacts caused by intermittent discharges (ID), generated during storm events, compared to continuous discharges from municipal wastewater treatment plants. Then, the core of this thesis is the development of a site- dependent framework to estimate, for life cycle inventory (LCI) purposes, IDs with consideration for their important spatiotemporal variability at the urban catchment scale. The model (named STOIC) satisfies requirements on inventory data quality to support sufficiently accurate modelling of IDs and conceptualizes stormwater processes occurring within an urban catchment and its UWS. These stormwater processes include the generation of water pollutants from nonpoint source emissions to the routing and distribution of pollution in the UWS components, resulting in spatiotemporally differentiated LCIs for water pollutants within an urban catchment. The STOIC framework is applied to an UWS at sub-catchment-scale to assess global performances of different control strategies for IDs in terms of environmental impacts in a real-world case study in Bordeaux, southwest France. This demonstrates the interest and applicability of an extended environmental assessment which considers the temporal variability of UWS discharges from an urban sub-catchment.; Avec une croissance urbaine sans précédent à l'échelle planétaire, les systèmes d'assainissement urbains (SAU) sont confrontés au défi opérationnel de la gestion d'eaux pluviales toujours plus importantes et polluées afin d'atténuer les dégradations de la qualité des écosystèmes aquatiques. Toutefois, dans quelle mesure les stratégies de contrôle par temps de pluie contribuent-elles réellement à réduire les impacts environnementaux globaux? L'objectif général de cette thèse est d'évaluer avec une vision systémique globale, pour améliorer l'évaluation environnementale des SAU par l'analyse du cycle de vie (ACV), en incluant les impacts opérationnels et liés aux infrastructures, et les impacts des polluants rejetés: "Est-il possible d'effectuer l'ACV des SAU en considérant la variabilité temporelle des rejets d'un bassin versant urbain? La première étape de ce travail démontre l'importance relative des impacts causés par les rejets urbains de temps de pluie (RUTP) intermittents, par rapport aux rejets continus des stations d'épuration municipales. Le coeur de cette thèse est l'élaboration d'un cadre dépendant du site pour estimer, en vue d'établir un inventaire du cycle de vie (ICV), les RUTP en considérant leur importante variabilité spatiotemporelle à l'échelle du bassin versant urbain. Le modèle (appelé STOIC) satisfait aux exigences en matière de qualité des données d'inventaire pour soutenir une modélisation suffisamment précise des RUTP et conceptualiser les processus de pollution des eaux pluviales se produisant dans un bassin versant urbain et dans son SAU. Ces processus de pollution des eaux pluviales comprennent la production des polluants des RUTP à partir d'émissions de sources non ponctuelles jusqu'au transfert et à la distribution de la pollution dans les composantes du SAU. Des ICV différenciés spatio-temporellement pour les polluants des RUTP sont calculés pour un bassin versant urbain. Le modèle STOIC est appliqué à un SAU à l'échelle du sous-bassin versant pour évaluer les performances globales de différentes stratégies de gestion des rejets par temps de pluie en termes d'impacts environnementaux dans une étude de cas réel à Bordeaux, dans le sud-ouest de la France. Cela démontre l'intérêt et l'applicabilité d'une évaluation environnementale approfondie qui tient compte de la variabilité temporelle des rejets de SAU d'un sous-bassin versant urbain.

In this thesis, we focus on how SAR images can be used to study vegetation. Vegetation lies at the core of human lives by providing both food and economic resources as well as participating in regulating climate. Traditionally, vegetation is classified into three categories: fields, flooded pastures, and forests. We follow this classification in our study. To tackle the first two, we chose to explore rice (in Camargue, France) since rice fields are initially flooded pastures and turn to fields when more mature. We illustrate the last category with forests in Madagascar.The aim of the first part is to provide a better understanding of the capabilities of Sentinel-1 radar images for agricultural land cover mapping through the use of deep learning techniques. We revealed that even with classical machine learning approaches (K nearest neighbors, random forest and support vector machines), good performance classification could be achieved with F-measure/Accuracy greater than 86% and Kappa coefficient better than 0.82. We found that the results of the two deep recurrent neural network (RNN)-based classifiers clearly outperformed the classical approaches.In the second part, the objective is to study the capabilities of multitemporal radar images for rice height and dry biomass retrievals using Sentinel-1 data. To do this, we train Sentinel-1 data against ground measurements with classical machine learning techniques (Multiple Linear Regression (MLR), Support Vector Regression (SVR) and Random Forest (RF)) to estimate rice height and dry biomass. The study is carried out on the same multitemporal Sentinel-1 dataset in the first part. The error of rice height estimation was 16% (7.9 cm), whereas the biomass was 18% (162 g¢m¡2) (both with Random Forest method). Such results indicate that the highly qualified Sentinel-1 radar data could be well exploited for rice biomass and height retrieval and they could be used for operational tasks.Finally, reducing carbon emissions from deforestation and degradation (REDD) requires detailed insight into how the forest biomass is measured and distributed. Studies so far haveestimated forest biomass stocks using rough assumptions and unreliable data. We aim to improve on previous approaches by using radar satellite ALOS PALSAR (25-m resolution) and optical Landsat-derived tree cover (30-m resolution) observations to estimate forest biomass stocks in Madagascar, for the years 2007-2010. The radar signal and in situ biomass were highly correlated (R2 = 0.71) and the root mean square error was 30% (for biomass ranging from 0 to 500 t/ha). Combining radar signal with optical tree cover data appears to be a promising approach for using by L-band SAR to map forest biomass (and hence carbon) over broad geographical scales.; Dans cette thèse, nous nous intéressons à la manière dont les images SAR peuvent être utilisées pour étudier la végétation. La végétation est au coeur de la vie humaine en fournissant à la fois des ressources alimentaires, financières et en participant à la régulation du climat. Traditionnellement, la végétation est classée en trois catégories: les champs, les prairies irriguées et les forêts. Nous utiliserons ces trois catégories dans notre étude.Les travaux de cette thèse s’articulent autour de trois axes : (1) la cartographie de l’occupation du sol, (2) l’estimation des paramètres biophysiques du riz en Camargue à partir des images satellitaires Sentinel-1 (bande C) et enfin (3), la cartographie de la biomasse forestière à Madagascar à partir des données radar ALOS/PALSAR (bande L) combinées avec des données tree cover calculées à partir des donnéesoptiques Landsat.L’objectif de la première partie est de fournir une meilleure compréhension du potentiel des images radar Sentinel-1 (bande C) pour cartographier l’occupation du sol à l’aide des techniques d’apprentissage en profondeur. Nous avons obtenu de bons résultats avec la "F-Measure/Accuracy" supérieure à 86% et le meilleur coefficient Kappa de plus de 0,82. Nous avons constaté que les résultats des deux classificateurs basés sur les réseaux neuronaux récurrents profonds (RNN) dépassaient clairement les approches classiques de Machine Learning.Dans la seconde partie, l’objectif est d’étudier la capacité des images radar multitemporelles pour l’estimation de la hauteur du riz et de la biomasse sèche à l’aide des données Sentinel-1.Pour ce faire, nous avons utilisé les données de Sentinel-1 en appliquant des techniques classiques d’apprentissage de "Machine Learning" (MLR, SVR et RF) pour estimer la hauteur du riz et la biomasse sèche. L’erreur de l’estimation de la hauteur du riz est de 16% (7.9 cm), et celle la biomasse est de 18% (162 g¢m¡2) (les deux avec la méthode Random Forest). Ces résultats indiquent que les données radar Sentinel-1 pourraient être exploitées pour la récupération de la biomasse et pourraient être utilisées pour des tâches opérationnelles.Enfin, la réduction des émissions de carbone dues à la déforestation nécessite un aperçu de la façon dont la forêt de biomasse est mesurée et distribuée. Nous utilisons des observations du radar satellitaire ALOS/PALSAR (résolution de 25 m) et des données optiques du capteur Landsat (résolution de 30 m) pour estimer les stocks de biomasse forestière à Madagascar, pour les années 2007-2010. Le signal radar et la biomasse in situ étaient fortement corrélés (R² =0,71) et l’erreur quadratique moyenne était de 30% (pour la biomasse allant de 0 à 500 t/ha). Le signal radar (données SAR en bande L) combiné avec les données optiques semblent être une approche prometteuse pour cartographier la biomasse forestière (et donc du carbone) à de larges échelles géographiques.

Maintaining the quality of water resources is one of the major challenges society faces today. It is therefore essential that this criterion be properly integrated into environmental impact assessment methods, such as Life Cycle Assessment (LCA). However, the estimation of water quality and how this information is used in impact assessment models raises a number of methodological challenges; hence, the general research question is "How to consider water quality in water use impact assessment in LCA, from inventory to Areas of Protection?" This thesis first provides a detailed study about the role and necessity of "water quality" information in assessing impacts of different types of water use (consumptive and degradative use, as well as quality improvement). This study applies to the different cause-effect chains in a mechanistic way, in view of the three Areas of Protection (AoP) human health, ecosystem quality and natural resources. In order to improve the understanding and consideration of the water use impacts on the AoP natural resources, a consensual framework, developed jointly with WULCA (Water Use in LCA group of the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative), is presented. This framework provides a solid basis for the consistent development of impact characterization models to assess the irreversible reduction in physical availability of freshwater and its quality-based usability for future generations. The thesis ends with the development of a characterization model for water resource degradation impacts caused by emissions. Characterization factors are calculated for five metals at the midpoint level. The application of these indicators improves the interpretability of LCA results regarding future water resource challenges and water-quality related impacts on human health.; Maintenir la qualité des ressources en eau est l'un des défis majeurs auxquels la société d'aujourd'hui doit faire face. Il est donc primordial que ce critère soit intégré correctement dans les méthodes d'analyse d'impacts environnementaux, tel que l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cependant, l'estimation de la qualité de l'eau et la manière dont cette information est utilisée dans les modèles d'évaluation d'impacts soulève un certain nombre de challenges méthodologiques, d'où la problématique de recherche : « Comment considérer la qualité de l'eau dans l'évaluation des impacts de l'utilisation de l'eau en ACV, de l'inventaire aux Aires de Protection ? ». Ce travail de thèse propose dans un premier temps une étude approfondie du rôle et de la nécessité de l'information « qualité de l'eau » dans l'évaluation des impacts de plusieurs type d'utilisation d'eau (usage consommatif, dégradatif et amélioration de la qualité). Cette étude s'applique aux différentes chaines de causalité de manière mécanistique, jusqu'aux trois Aires de Protection (AoP) santé humaine, qualité des écosystèmes et ressources naturelles. Afin d'améliorer la compréhension et la considération des impacts de l'utilisation de l'eau sur l'AoP ressources naturelles, un cadre théorique consensuel élaboré en collaboration avec WULCA (le groupe Water Use in LCA, de l'UNEP-SETAC Life Cycle Initiative) est défini. Ce cadre fournit une base solide pour l'élaboration cohérente de méthodes d'analyse d'impacts, permettant d'évaluer la diminution irréversible de la disponibilité physique de l'eau douce et/ou de son degré d'utilisabilité pour les générations futures. La thèse se conclut par le développement d'un modèle de caractérisation d'impacts de la dégradation des ressources en eau causée par des émissions. Des facteurs de caractérisation sont calculés pour cinq métaux, au niveau midpoint. L'application de ces indicateurs permet d'améliorer l'interprétabilité des résultats concernant les défis futurs liés aux ressources en eau ainsi que les résultats des impacts sur la santé humaine liés aux problèmes de qualité d'eau.

Dikes are most of the time built of compacted granular materials that are permeable and continuously subjected to internal fluid flows. In some cases, microstructure modifications resulting from internal erosion generate mechanical instability that will lead to unexpected failures in case of serious flooding. This thesis focuses on multi-scale analysis of mechanical instability in granular materials subjected to internal erosion. In this work, the mechanical behaviour of such materials is simulated in three dimensions at the scale of representative elementary volumes subjected to different stress states and hydraulic gradients. Thanks to the use of the second-order work criterion and micromechanical tools, the mechanical stability of these materials is tested before and after internal erosion. It is established that the micro-inertial origin of the observed instabilities is linked to force chain deconfinement and bending as well as to the development of large plastic strains resulting from force chain collapse. By preventing the development of such plastic strains, it is shown that rattlers contribute to ensure the mechanical stability of granular materials. This key finding is of a particular significance in relation with internal erosion as rattlers can be easily transported under the action of an internal fluid flow. Depending on whether they get clogged or eroded, an internal fluid flow has thus either a stabilizing or a destabilizing effect on the mechanical behaviour of granular materials subjected to internal erosion.; La plupart des digues sont constituées de matériaux granulaires compactés. Elles sont ainsi perméables et constamment soumises à des écoulements d'eau dans leur volume. Dans certaines conditions, ces écoulements sont susceptibles d'altérer leur microstructure par érosion interne et de générer des instabilités mécaniques responsables de ruptures inopinées lors de fortes crues. Cette thèse s'intéresse à l'analyse multi-échelle des instabilités mécaniques dans les matériaux granulaires soumis au phénomène d'érosion interne. Dans ce travail, le comportement mécanique de ces matériaux est simulé en trois dimensions à l'échelle de volumes élémentaires représentatifs, et ce, pour différents états de contraintes et gradients hydrauliques. Grâce à l'utilisation du critère du travail du second-ordre et d'outils micromécaniques, leur stabilité est analysée avant et après l'application d'un écoulement interne. Il est établi que l'origine micro-inertielle des instabilités observées provient du déconfinement et de la flexion des chaînes de force ainsi que des déformations plastiques importantes résultant de l'effondrement des chaînes de force. Par leur capacité à enrayer rapidement le développement de telles déformations plastiques, il est montré que les particules libres contribuent à assurer la stabilité mécanique des matériaux granulaires. Ce résultat est fondamental pour analyser les conséquences de l'érosion interne sur la stabilité mécanique d'un matériau granulaire car les particules libres sont facilement transportables sous l'action d'un écoulement interne. Selon si elles sont colmatées ou érodées, un écoulement interne aura alors un effet stabilisateur ou déstabilisateur vis-à-vis du comportement mécanique des matériaux granulaires soumis à l'érosion interne.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]RIVAGE [ADD1_IRSTEA]Hydrosystèmes et risques naturels [Encadrant_IRSTEA]Bonnelli, S. ; Nicot, F.; Dikes are most of the time built of compacted granular materials that are permeable and continuously subjected to internal fluid flows. In some cases, microstructure modifications resulting from internal erosion generate mechanical instability that will lead to unexpected failures in case of serious flooding. This thesis focuses on multi-scale analysis of mechanical instability in granular materials subjected to internal erosion. In this work, the mechanical behaviour of such materials is simulated in three dimensions at the scale of representative elementary volumes subjected to different stress states and hydraulic gradients. Thanks to the use of the second-order work criterion and micromechanical tools, the mechanical stability of these materials is tested before and after internal erosion. It is established that the micro-inertial origin of the observed instabilities is linked to force chain deconfinement and bending as well as to the development of large plastic strains resulting from force chain collapse. By preventing the development of such plastic strains, it is shown that rattlers contribute to ensure the mechanical stability of granular materials. This key finding is of a particular significance in relation with internal erosion as rattlers can be easily transported under the action of an internal fluid flow. Depending on whether they get clogged or eroded, an internal fluid flow has thus either a stabilizing or a destabilizing effect on the mechanical behaviour of granular materials subjected to internal erosion.; La plupart des digues sont constituées de matériaux granulaires compactés. Elles sont ainsi perméables et constamment soumises à des écoulements d'eau dans leur volume. Dans certaines conditions, ces écoulements sont susceptibles d'altérer leur microstructure par érosion interne et de générer des instabilités mécaniques responsables de ruptures inopinées lors de fortes crues. Cette thèse s'intéresse à l'analyse multi-échelle des instabilités mécaniques dans les matériaux granulaires soumis au phénomène d'érosion interne. Dans ce travail, le comportement mécanique de ces matériaux est simulé en trois dimensions à l'échelle de volumes élémentaires représentatifs, et ce, pour différents états de contraintes et gradients hydrauliques. Grâce à l'utilisation du critère du travail du second-ordre et d'outils micromécaniques, leur stabilité est analysée avant et après l'application d'un écoulement interne. Il est établi que l'origine micro-inertielle des instabilités observées provient du déconfinement et de la flexion des chaînes de force ainsi que des déformations plastiques importantes résultant de l'effondrement des chaînes de force. Par leur capacité à enrayer rapidement le développement de telles déformations plastiques, il est montré que les particules libres contribuent à assurer la stabilité mécanique des matériaux granulaires. Ce résultat est fondamental pour analyser les conséquences de l'érosion interne sur la stabilité mécanique d'un matériau granulaire car les particules libres sont facilement transportables sous l'action d'un écoulement interne. Selon si elles sont colmatées ou érodées, un écoulement interne aura alors un effet stabilisateur ou déstabilisateur vis-à-vis du comportement mécanique des matériaux granulaires soumis à l'érosion interne.

Water utilities draw different water sources (surface and groundwater), including increased use of alternative sources (e.g. desalinated water, reused water, inter-basin water transfers) to supply freshwater to different users (domestic, agriculture, etc.). The combination of water sources and technologies (including infrastructures and energy) results in a regional water supply mix (WSmix) for each specific use. Existing Life Cycle Inventory (LCI) databases used in Life Cycle Assessment (LCA), do not include these mixes when modelling processes, leading to a poor representation of water supply systems and related environmental impacts. To fill this gap, this thesis developes 1) consistent water supply mix (WSmix) model for implementation in LCA, 2) a first database of water source mixes for different users at a global scale and a technological matrix linking water sources to water production technologies in order to operationalize the practical implementation of the WSmix in LCA studies. In order to test the operationalization and applicability of the WSmix at worldwide scale and for different users, this theseis also describes the operationalization and application of the WSmix for two different water users worldwide with two different approaches: providing a generic service (public water supply) and producing a global product (maize production). Finally, to evaluate to what extent the WSmix will be affected by climate and socio-economic changes in the future, this thesis describes the development of a Prospective WSmix (P-WSmix) for practical implementation in LCA and water footprint studies., Les services de distribution d'eau utilisent différentes ressources (eaux de surface et eaux souterraines), y compris une utilisation accrue de ressources alternatives (eau dessalée, eau réutilisée, transferts d'eau entre bassins) pour alimenter les différents utilisateurs (domestiques, agricoles, industriels, etc.). La combinaison de ces ressources en eau avec des technologies (incluant infrastructures, fonctionnement et énergie) donne lieu à une combinaison régionale d'approvisionnement en eau (WSmix) pour chaque utilisation spécifique. Actuellement, les bases de données existantes d'inventaire du cycle de vie (ICV) utilisées en Analyse du Cycle de Vie (ACV) ne proposent pas ce type de données relatives aux WSmix régionalisées pour modéliser des processus. Ceci conduit à une représentation médiocre des systèmes d'approvisionnement en eau et des impacts environnementaux associés. Pour combler cette lacune, cette thèse développe (i) un cadre conceptuel cohérent de mix d'approvisionnement en eau (WSmix) pour la mise en oeuvre en ACV, (ii) une base de données opérationnelle incluant le mix de ressource en eau pour différents utilisateurs à l'échelle mondiale adossée à une matrice dite « technologique » associant chaque ressource à des technologies de production d'eau. Afin de tester en ACV l'opérationnalisation et l'applicabilité du mix WSmix à l'échelle mondiale et pour différents utilisateurs, le concept de WSmix est appliqué à deux exemples contrastés: un service (fourniture d'un m3 d'eau publique à la porte de l'utilisateur) et un produit global (production d'une tonne de maïs). Enfin, pour évaluer dans quelle mesure le WSmix sera affecté par les changements climatiques et socio-économiques, cette thèse propose le développement d'un WSmix Prospectif (P-WSmix) pour une mise en oeuvre pratique dans les études d'ACV et d'empreinte sur l'eau.

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SEDYVIN [ADD1_IRSTEA]Dynamique et fonctionnement des écosystèmes [ADD2_IRSTEA]Dynamiques spatiales d'anthropisation [Encadrant_IRSTEA]Bergès, L.; After centuries of deforestation in Europe, forest cover is significantly increasing since the turn of the nineteenth century. The age of current forests is thus heterogeneous. Historical maps are a privileged tool to characterise forest temporal continuity. In temperate regions, they demonstrated that forest ancientness determines soil properties and the presence of some plant species. However, those differences were rarely analysed in the Mediterranean region. The main objectives of this PhD thesis are to analyse the drivers of forest cover change and the effect of temporal continuity and past land uses on forest soils and understory vegetation in the Mediterranean region. This work relies on the territory of the Regional Natural Park of Luberon. The first part consists of identifying biophysical and socioeconomic drivers of land use (forest, pasture, arable land) and forest recovery spatial distribution, based on the comparison of 1860 (État-Major map), 1958 and 2010 land uses. Forest maintained on the least productive land while forest recovery occurred on soils with low productivity, and close to pre-existing forests. The second part investigates the effect of forest temporal continuity (ancient, recent or very recent forests) and past land uses (forest, pasture or crop) on their ecological characteristics, based on floristic and pedological data. Ancient and recent forests are distributed according to soil productivity and host species of differing traits and ecological preferences. Notably, species significantly preferring ancient forests are true forest species, phanerophytes and endozoochores. If this work relies on the État-Major map, it turns out that the historical ecology of Mediterranean forests requires complementary in situ approaches in order to fully understand the complexity of past landscape uses. Besides the original aspect of such a study in the Mediterranean region, this work enables to clarify the effects of past land uses on forest soils and understory vegetation with the biophysical drivers of forest cover change, and to explore different methodological aspects of historical ecology.; Après des siècles de déforestation, la couverture forestière européenne est en forte progression depuis le début du XIXe siècle. L'âge des forêts actuelles est donc hétérogène. Les cartes historiques sont un outil privilégié pour caractériser la continuité temporelle des forêts. En région tempérée, elles ont permis de démontrer que l'ancienneté des forêts conditionne les caractéristiques des sols et la présence de certaines espèces végétales. En revanche, peu d'études ont été réalisées pour tester ces différences en région méditerranéenne. L'objectif général de la thèse est d'analyser les déterminants du changement du couvert forestier et l'effet de la continuité temporelle et des usages passés sur les sols et la flore des forêts actuelles en région méditerranéenne. Ce travail a été réalisé sur le territoire du Parc Naturel Régional du Luberon. Le premier volet identifie les déterminants biophysiques et socio-économiques de la distribution des usages (forêt, pâture, culture) et de la reconquête forestière, à partir de données cartographiques de 1860 (carte d'État-Major), 1958 et 2010. Il apparaît notamment que les forêts se sont maintenues sur les terres les moins productives et que la reconquête forestière s'est faite sur des sols peu productifs, et à proximité des forêts préexistantes. Le second volet explore l'effet de la continuité temporelle (forêt ancienne, récente ou très récente) et des usages passés (forêt, pâture ou culture) des forêts sur leurs caractéristiques écologiques, à partir de relevés floristiques et pédologiques. Les forêts anciennes et récentes se répartissent selon la productivité des sols et accueillent des espèces qui se distinguent par leurs traits et leurs exigences écologiques, avec notamment des espèces spécialistes forestières, phanérophytes et endozoochores plus fréquentes en forêt ancienne. Si ce travail s'appuie sur la carte d'État-Major, il s'avère que l'écologie historique des forêts méditerranéennes nécessite également des approches in situ afin d'appréhender la complexité des usages anciens du paysage. Outre le caractère original d'une telle étude en région méditerranéenne, ce travail permet d'éclairer les effets des usages passés sur les sols et la flore des forêts avec les déterminants biophysiques du changement du couvert forestier, et d'explorer différents aspects méthodologiques de l'écologie historique.

Spatial remote sensing is of paramount importance for mapping and monitoring environmental problems. Its interest lies in the ability of space satellite sensors in providing permanent information of the planet, at local, regional and global scales. Also, it provides spatial and repetitive territories visions and ecosystem views. Radar remote sensing has shown great potential in recent years for the characterization of soil surface conditions. The state of the soil surface, in particular moisture and roughness, has a fundamental influence on the distribution of rainfall between infiltration, surface retention and runoff. In addition, it plays an essential role in surface hydrological processes and those associated with erosion and evapotranspiration processes. Characterization and consideration of these surface conditions have been recently considered as an important issue for physically based modeling of hydrological processes or for surface-atmosphere coupling. In this context and for several years, several scientific studies have shown the potential of active microwave data for estimation of the soil moisture and the surface roughness. New SAR (Synthetic Aperture Radar) systems have opened new perspectives for earth observation through improved spatial resolution (metric on TerraSAR-X and COSMO-SkyMed) and temporal resolution (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, Sentinel-1) . The recent availability of new Sentinel-1 C-band radar sensors (free and open access) makes it essential to evaluate the potential of Sentinel-1 data for the characterization of soil surface conditions and in particular surface roughness. The work revolves around three parts. The first part consist of evaluation of the most used radar backscattering models (IEM, Oh, Dubois, and AIEM) using a wide dataset of SAR data and experimental soil measurements. This evaluation gives the ability to find the most robust backscattering model that simulates the radar signal with good agreement in order to use later in the inversion procedure of the radar signal for estimating the soil roughness. The second research axe of this thesis consists of proposing an empirical radar backscattering model for HH, HV and VV polarizations. This new model will be developed using a large real dataset. This new model also will be used in the inversion procedure of the radar signal for estimating the soil roughness. The last axe of this thesis consists of producing a method to invert the radar signal using neural networks. The objective is to evaluate the potential of Sentinel-1 data for estimating surface roughness. These neural networks will be trained using wide synthetic dataset produced from the radar backscattering models chosen (IEM calibrated by Baghdadi and the new proposed model) and validated using two datasets: one synthetic dataset and one real (Sentinel 1 images and in-situ measurements). The real datasets are collected from Tunisia (Kairouan) and France (Versailles).; La télédétection spatiale est d'une importance primordiale pour la cartographie et la surveillance des problèmes environnementaux. Son intérêt réside dans la capacité des capteurs satellitaires spatiaux à fournir des informations globales et permanentes de la planète, aux échelles locale à globale. La télédétection radar a montré son grand potentiel ces dernières années dans la caractérisation des états de surface du sol. L'état de la surface du sol, et en particulier l'humidité et la rugosité, exerce une influence fondamentale sur la répartition de la pluie entre infiltration, rétention superficielle et ruissellement. Il a un rôle essentiel dans les processus hydrologiques de surface et ceux associés à l'érosion et aux processus d'évapotranspiration. La caractérisation et la prise en compte de ces conditions de surface constituent actuellement un enjeu important pour la modélisation à base physique des processus hydrologiques ou pour le couplage surface-atmosphère. Dans ce cadre et depuis plusieurs années, plusieurs études scientifiques ont montré le potentiel des données micro-ondes actives dans l'estimation de l'état hydrique du sol et de sa rugosité de surface. Les nouveaux systèmes radar (SAR ʺSynthetic Aperture Radarʺ) ont permis d'ouvrir de nouvelles perspectives pour l'observation de la terre grâce à l'amélioration de la résolution spatiale (métrique sur TerraSAR-X et COSMO-SkyMed) et temporelle (TerraSAR-X, COSMO-SkyMed, Sentinel-1). La disponibilité depuis peu des nouveaux capteurs radar bande C Sentinel-1 (Sentinel-1A et Sentinel-1B) rend indispensable l'évaluation des données Sentinel-1 pour la caractérisation des états de surface du sol et en particulier la rugosité de surface. Le travail de thèse se structure en trois parties. La première partie consiste à évaluer les modèles de rétrodiffusion de radar les plus utilisés (IEM, Oh, Dubois and AIEM) en utilisant un large ensemble de données de SAR et des mesures expérimentales des paramètres du sol. Cette évaluation permet de trouver le modèle de rétrodiffusion le plus robuste qui simule le mieux le signal radar afin de l'utiliser par la suite dans la procédure d'inversion du signal radar pour estimer la rugosité du sol. Le deuxième axe de recherche de cette thèse consiste à proposer un modèle de rétrodiffusion radar semi-empirique pour les polarisations HH, HV et VV. Ce nouveau modèle sera construit à l'aide d'une grande base de données réelle. Ce nouveau modèle sera également utilisé dans la procédure d'inversion du signal radar pour estimer la rugosité du sol. Le dernier axe de cette thèse consiste à construire une méthode d'inversion du signal radar en utilisant les réseaux de neurones afin d'évaluer le potentiel des données Sentinel-1 pour l'estimation de la rugosité des sols en milieux agricoles. Ces réseaux de neurones seront entraînés à l'aide d'un ensemble de données synthétiques élaborées à partir des modèles de rétrodiffusion radar choisis (IEM calibré par Baghdadi et du nouveau modèle proposé) et validés en utilisant deux ensembles de données: un ensemble de données synthétiques et une base de données réelle (images Sentinel-1 et mesures in situ d'humidité et de rugosité du sol). La base de données réelle a été collectée en Tunisie (Kairouan) et en France (Versailles).

Ce texte assez court donne quelques principes ou idées, avec des exemples, aux étudiants en linguistique ou à d'autres.

[Departement_IRSTEA]Ecotechnologies [TR1_IRSTEA]SPEE [ADD1_IRSTEA]Sûreté alimentaire [Encadrant_IRSTEA]Heitz, D.; Data assimilation as a tool for fluid mechanics has grown exponentially over the last few decades. The ability to combine accurate but partial measurements with a complete dynamical model is invaluable and has numerous applications to fields ranging from aerodynamics, geophysics, and internal ventilation. However, its utility remains limited due to the restrictive requirements for performing data assimilation in the form of computing power, memory, and prior information. This thesis attempts at redressing various limitations of the assimilation procedure in order to facilitate its wider use in fluid mechanics. A major roadblock for data assimilation is the computational cost which is restrictive for all but the simplest of flows. Following along the lines of Joseph Smagorinsky, turbulence modelling through large-eddy simulation is incorporated in to the assimilation procedure to significantly reduce computing power and time required. The requirement for prior volumetric information for assimilation is tackled using a novel reconstruction methodology developed and assessed in this thesis. The snapshot optimisation algorithm reconstructs 3D fields from 2D cross- planar observations by exploiting directional homogeneity. The method and its variants work well with synthetic and experimental data-sets providing accurate reconstructions. The reconstruction methodology also provides the means to estimate the background covariance matrix which is essential for an efficient assimilation algorithm. All the ingredients are combined to perform variational data assimilation of a turbulent wake flow around a cylinder successfully at a transitional Reynolds number. The assimilation algorithm is validated with synthetic volumetric observation and assessed on 2D cross-planar observations emulating experimental data.; L'assimilation de données en tant qu'outil pour la mécanique des fluides a connu une croissance exponentielle au cours des dernières décennies. La possibilité de combiner des mesures précises mais partielles avec un modèle dynamique complet est précieuse et a de nombreuses applications dans des domaines allant de l'aérodynamique, à la géophysique et à l’aéraulique. Cependant, son utilité reste limitée en raison des contraintes imposées par l'assimilation de données notamment en termes de puissance de calcul, de besoins en mémoire et en informations préalables. Cette thèse tente de remédier aux différentes limites de la procédure d'assimilation pour faciliter plus largement son utilisation en mécanique des fluides. Un obstacle majeur à l'assimilation des données est un coût de calcul prohibitif pour les écoulements complexes. Une modélisation de la turbulence à grande échelle est intégrée à la procédure d'assimilation afin de réduire considérablement la coût de calcul et le temps requis. La nécessité d'une information volumétrique préalable pour l'assimilation est abordée à l'aide d'une nouvelle méthodologie de reconstruction développée et évaluée dans cette thèse. L'algorithme d'optimisation reconstruit les champs 3D à partir d'observations dans deux plans orthogonaux en exploitant l'homogénéité directionnelle. La méthode et ses variantes fonctionnent bien avec des ensembles de données synthétiques et expérimentaux fournissant des reconstructions précises. La méthodologie de reconstruction permet également d’estimer la matrice de covariance d’ébauche indispensable à un algorithme d’assimilation efficace. Tous les ingrédients sont combinés pour effectuer avec succès l'assimilation de données variationnelles d'un écoulement turbulent dans le sillage d'un cylindre à un nombre de Reynolds transitoire. L'algorithme d'assimilation est validé pour des observations volumétriques synthétiques et est évalué sur des observations expérimentales dans deux plans orthogonaux.

The general objective of the PhD is to assess the impact of urbanization on the hydrology of periurban catchments with a special focus on the two following questions: 1/ what is the impact of urbanization on the geomorphology of urban and periurban catchments and how it affects the hydrological regime on small scales; 2/ what is the impact of urbanization on surface -groundwater interactions on the meso-scale? The case study is a periurban catchment located in the piedmont of Santiago (Chile), and results are also presented for a French catchment located in the vicinity of Lyon (France). To address the first question, Pedro Sanzana developed GIS tools to derive modeling meshes for distributed hydrological models adapted to urban and periurban catchments and that incorporate specific features of those catchments (urban and natural elements, natural and sewer networks, etc..). Then Pedro Sanzana assessed the impact of improving the model mesh on the hydrological response and the catchment morphology (water pathways). To answer the second question, the author developed, set up and calibrated a dynamical two-ways coupled surface - groundwater model that is applied to a meso-scale catchment in the piedmont of Santiago.; (trad auto)L'objectif général du doctorat est d'évaluer l'impact de l'urbanisation sur l'hydrologie des bassins versants périurbains avec un accent particulier sur les deux questions suivantes : 1/ quel est l'impact de l'urbanisation sur la géomorphologie des bassins versants urbains et périurbains et comment elle affecte le régime hydrologique à petite échelle ; 2/ quel est l'impact de l'urbanisation sur les interactions surface/eaux souterraines à méso-échelle ? L'étude de cas est un bassin versant périurbain situé dans le piémont de Santiago (Chili), et les résultats sont également présentés pour un bassin versant français situé à proximité de Lyon (France). Pour répondre à la première question, Pedro Sanzana a développé des outils SIG pour dériver des maillages de modélisation pour des modèles hydrologiques distribués adaptés aux bassins versants urbains et périurbains et qui incorporent les caractéristiques spécifiques de ces bassins versants (éléments urbains et naturels, réseaux naturels et d'égouts, etc.). Pedro Sanzana a ensuite évalué l'impact de l'amélioration du maillage du modèle sur la réponse hydrologique et la morphologie du bassin versant (voies d'eau). Pour répondre à la deuxième question, l'auteur a développé, mis au point et calibré un modèle dynamique couplé surface - nappe phréatique à deux voies qui est appliqué à un bassin versant méso-échelle dans le piémont de Santiago.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]GEUSI [ADD1_IRSTEA]Gestion intégrée de la ressource et des infrastructures [Encadrant_IRSTEA]Malaterre, P.O. ; Gejadze I.; The present thesis investigates the potential of variational data assimilation (DA) in discharge estimation from the future Surface Water and Ocean Topography (SWOT) satellite mission, using a 1.5D full Saint-Venant hydraulic model in the context of fully ungauged basins. Two distinct approaches for treating the model error are being investigated; the extended control vector approach, and a novel approach based on a modified covariance matrix. Adjoint sensitivity analysis was first performed to assess the local influence of the hydraulic model inputs, on the model response, defined using an objective function of the model state. The latter is highly sensitive to the upstream boundary condition on discharge as well as the river bed elevation and roughness coefficient. Sensitivities indicate the control sections of the river that have major influence on the flow hydraulics, which emphasizes the need of accurate measurements and/or at these locations. Second, the estimation of river discharge from simulated SWOT observations using a variant of the conventional variational DA method '4D-Var' has been investigated. The variational DA scheme involves an extended control vector and is developed to apply the method to fully ungauged basins. The method was tested using two experimental set-ups: (i) Observing System Simulation Experiments over the Garonne River and a more realistic and general framework using (ii) the SWOT hydrology simulator, which simulates the radar system on-board the satellite, over the Po and Sacramento Rivers. Water surface elevation was assimilated leading to local improvements on bathymetry and roughness which allowed successful estimation of discharge. Nevertheless, the estimates of the space distributed variables are subjected to the equifinality issue which may prevent their use for subsequent applications. Moreover, results emphasize that successful estimation of discharge over the whole study period requires an observation frequency comparable to the characteristic time of the hydraulic system. Finally, a novel method for the treatment of the model error using the variational approach is proposed. Based on the 'nuisance parameter' idea, it allows implicit treatment of the model error by using a modified observation covariance matrix. The equivalency theorem substantiating the method has been proved. A case of the biased model error is also considered. Numerical experiments involving the 1D generalized Burger's equation and the 1.5D full Saint-Venant equations illustrate the presented theory.; Ce sujet de thèse s'inscrit dans le cadre général de la mission satellitaire Surface Water and Ocean Topography (SWOT) et a pour objectif d'évaluer l'apport de l'assimilation de données (AD) variationnelle en utilisant un modèle hydraulique 1.5D basé sur le système d'équations Saint-Venant complet. De plus, la méthode proposée est conçue pour une application dans le contexte général de bassins non instrumentés. Une première analyse de sensibilité avec la méthode de l'adjoint a été effectuée pour évaluer l'influence locale des variables et paramètres d'entrée du modèle sur ses sorties. La réponse du modèle est définie à partir d'une fonction objective des variables d'état. Celle-ci s'avère significativement sensible à la condition limite en débit amont, ainsi qu'aux variables de géomorphologie fluviale; le niveau du lit du fleuve et ses coefficients de frottements. Les sensibilités calculées renseignent sur les sections de contrôle qui ont une influence majeure sur l'hydraulique du fleuve et qui requièrent des relevés ou un calage plus précis. L'estimation du débit des fleuves à partir de données SWOT, a été ensuite étudiée, en utilisant une variante de la méthode conventionnelle '4D-Var'. Celle-ci permet d'estimer simultanément le débit, ainsi que la bathymétrie et les frottements dans le contexte de bassins non instrumentés, observés uniquement depuis l'espace. Deux configurations ont été analysées: (i) les expériences jumelles dans le cadre du fleuve Garonne, puis un cadre plus représentatif des données SWOT, en utilisant (ii) le simulateur SWOT d'hydrologie, sur les fleuves Po et Sacramento. En assimilant des données de hauteur d'eau, la bathymétrie et les frottements sont corrigés localement, permettant une meilleure estimation du débit. Toutefois, les variables estimées (bathymétrie et frottements) sont sujettes au problème d'équifinalité, et ne peuvent être exploitées pour des applications ultérieures. De plus, les résultats obtenus renseignent sur la fréquence temporelle des observations permettant une bonne estimation du débit et qui se doit d'être au moins équivalente au temps caractéristique du fleuve étudié. Pour finir, une nouvelle approche pour le traitement de l'erreur modèle en utilisant l'AD variationnelle a été proposée. Elle implique un traitement implicite basé sur une matrice de covariance des erreurs d'observations modifiée. Le théorème proposé est démontré et illustré par une application à l'équation 1D de Burger généralisée, ainsi qu'au cadre hydraulique en utilisant le modèle 1.5D saint-Venant complet.

UMR BFP - Equipe Métabolisme