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International audience; The present work deals with locating a defect buried in a medium composed of a fluid matrix and small solid inhomogeneities. Classical imaging methods are based on delay and sum principle and would implicitly assume that the undamaged medium is homogeneous. The topological imaging framework however allows to take into account the heterogeneous nature of the undamaged medium and potentially to take advantage of it. In this work, it is applied to a demanding test case with different assumptions on the knowledge of the medium properties using a specifically-designed fluid-solid compatible imaging function. It leads to the definition of three imaging processes whose results are compared using respectively synthetic and experimental data. The results show the relevance of using the inhomogeneities' locations information, but not necessarily at all steps of the imaging process, leading to the definition of so called hybrid topological imaging method.

Proton therapy is used for cancer treatment to achieve better dose conformity by exploiting the energy-loss properties of protons. Proton treatment planning systems require knowledge of the stopping-power map of the patient’s anatomy to compute the absorbed dose. In clinical practice, this map is generated through a conversion from X-ray computed tomography (CT) Hounsfield units to proton stopping power relative to water (RSP). This calibration generates uncertainties as photon and proton physics are different, which leads to the use of safety margins and the reduction of dose conformity. In order to reduce uncertainties, proton CT (pCT) was proposed as a planning imaging modality since the reconstructed quantity is directly the RSP. In addition to energy loss, protons also undergo multiple Coulomb scattering (MCS) inducing non-linear paths, thus making the pCT reconstruction problem different from that of X-ray CT. The objective of this thesis is to improve image quality of pCT list-mode reconstruction. The use of a most likely path (MLP) formalism for protons to account for the effects of MCS has improved the spatial resolution in pCT. This formalism assumes a homogeneous medium. The first contribution of this thesis is a study on proton paths in heteregeneous media: the accuracy of the MLP was evaluated against a Monte Carlo generated path in different heterogeneous configurations. Results in terms of spatial, angular, and energy distributions were analyzed to assess the impact on reconstruction. The second contribution is a 2D directional ramp filter used for pCT data reconstruction. An intermediate between a filtered backprojection and a backproject-filter approach was proposed, based on the extension of the usual ramp filter to two dimensions, in order to preserve the MLP spatial information. An expression for a band-limited 2D version of the ramp filter was derived and tested on simulated pCT list-mode data. Then, a comparison of direct reconstruction algorithms in terms of spatial resolution and RSP accuracy was conducted. Five algorithms, including the 2D directional ramp, were tested to reconstruct different simulated phantoms. Results were compared between reconstruction from data acquired using idealized or realistic trackers. Finally, the last contribution is a deconvolution method using the information on the MLP uncertainty in order to improve spatial resolution of pCT images., La thérapie proton est utilisée dans le cadre du traitement contre le cancer afin de parvenir à une meilleure distribution de dose en exploitant les propriétés du proton. Les systèmes de planification de thérapie proton requièrent une carte du pouvoir d’arrêt des tissus du patient afin de pouvoir calculer la dose absorbée. En clinique, cette image est générée à partir d’une conversion des unités Hounsfield d’une image tomodensitométrique (CT) rayons X au pouvoir d’arrêt relatif (RSP) du proton. Cette calibration induit des incertitudes étant donné que les interactions physiques des photons et des protons sont différentes, ce qui va mener à l’utilisation de marges de sécurité et à la réduction de la conformité de dose. Afin de réduire ces incertitudes, l’imagerie proton CT a été proposée pour la planification de la thérapie proton puisque la quantité reconstruite est directement le RSP. En plus de la perte d’énergie, les protons interagissent également via la diffusion multiple de Coulomb (MCS) qui induit des trajectoires non linéaires, ce qui rend le problème de reconstruction en proton CT différent de la reconstruction CT rayons X. L’objectif de cette thèse est l’amélioration de la qualité d’image en reconstruction proton CT en mode liste. L’utilisation du formalisme du chemin le plus probable (MLP) afin de prendre en compte les effets du MCS a permis d’améliorer la résolution spatiale en proton CT. Ce formalisme suppose un milieu homogène. La première contribution de cette thèse est une étude sur les trajectoires des protons en milieux hétérogènes: la justesse du MLP a été évaluée en comparaison avec un MLP obtenu par simulations Monte Carlo dans différentes configurations. Les résultats en matière de distribution spatiale, angulaire, et énergétique ont été analysés afin d’évaluer l’impact sur l’image reconstruite. La seconde contribution est un filtre rampe directionnel 2D utilisé dans le cadre de la reconstruction proton CT. Il s’agit d’une méthode intermédiaire entre la rétroprojection filtrée et le filtrage de la rétroprojection, basée sur l’extension du filtre rampe en 2D afin de préserver l’information spatiale sur le MLP. Une expression pour une version 2D limitée en bande de fréquence du filtre rampe a été dérivée et testée sur des données pCT simulées. Ensuite, une comparaison de différents algorithmes de reconstruction directs en matière de résolution spatiale et justesse du RSP a été menée. Cinq algorithmes, incluant le filtre rampe directionnel, ont été testés afin de reconstruire différents fantômes. Les résultats obtenus à partir de données acquises avec des détecteurs idéaux ou réalistes ont été comparés. Enfin, la dernière contribution est une méthode de déconvolution qui utilise l’information sur l’incertitude du MLP afin d’améliorer la résolution des images proton CT.

This work deals with the modeling of transient conduction heat transfer by brownian walkers within a heterogenous medium. The medium is described by a 3D voxelised structure. Each walker carries an elementary enthalpy during its movement. This enthalpy motion represents the thermal flux and allows to solve quantitatively the transient thermal conduction. A study demonstrates the importance of the time step chosen in the simulations. An empirical value of this parameter, based on the spatial resolution and the thermal diffusivities of the constituents, has been established to model accurately the conduction at each step of the heat transfer. Several problems related to the behavior of the walkers had to be solved to model two well-known experimental thermal characterization techniques: the hot guarded plate technique and the flash method. An imposed temperature condition is modeled by a reservoir where the number of walkers is regulated. An adiabatic wall condition imposes a specular reflection to the walkers. A stochastic transmission criterion, based on the thermal effusivities, was established to treat the behavior of a walker at voxel-voxel interface between two different constituents. Convective losses at a boundary of the numerical structure are represented by an analogous stochastic transmission criterion involving the effusivity, the convective exchange coefficient and the time step. An imposed thermal flux condition, of any temporal profile, is modeled by an injection of walkers through the boundary. The complex combination of these computing blocks allowed to model transient heat transfer within voxelised heterogeneous structures. The comparison between our results and those issued from more classical approaches allowed to validate the ability of our model to characterize the phonic thermal properties of virtual and real structures. We conclude this PhD work with preliminary activities aiming at the simulation of conduction-radiation coupling at the voxel scale of the structure: the radiative contribution is modeled by an internal power source term within the voxels., Ce travail porte sur la modélisation par marcheurs browniens du transfert conductif instationnaire au sein d’un milieu hétérogène. Le milieu est représenté par une structure voxélisée 3D. Chaque marcheur transporte une enthalpie élémentaire au cours de son déplacement. Ce mouvement d’enthalpie représente le flux conductif et permet de simuler la conduction en régime transitoire de façon quantitative. Une étude a montré l’importance du choix du pas de temps du calcul. Une valeur empirique de ce paramètre, dépendant du pas spatial et de la diffusivité des constituants, a été établie, permettant de modéliser correctement la conduction dans chacun des régimes de transfert. Plusieurs problèmes liés au comportement des marcheurs ont dû être résolus pour pouvoir modéliser deux techniques expérimentales de caractérisation thermique bien connues : la technique dite de la plaque chaude gardée et la méthode flash. Une condition de température imposée est modélisée par un réservoir dont le nombre de marcheurs est régulé. Une condition de paroi adiabatique impose une réflexion spéculaire aux marcheurs. Un critère stochastique de transmission basé sur les effusivités a été établi pour traiter la rencontre d’un marcheur avec une interface entre deux constituants d’un milieu hétérogène. La gestion des pertes convectives aux frontières du domaine de calcul se base également sur un critère de transmission faisant intervenir l’effusivité du constituant, le pas de temps et le coefficient d’échange convectif. Une condition de flux imposé, de profil temporel quelconque, se traduit par une injection de marcheurs à travers la frontière concernée. L’association complexe de ces briques a permis de modéliser le transfert thermique instationnaire dans des structures hétérogènes voxélisées. La comparaison de nos résultats à ceux issus d’approches plus classiques a permis de valider la capacité de notre modèle à caractériser les propriétés thermiques phoniques de structures virtuelles ou réelles. On conclut ce travail en posant les bases d’une stratégie de simulation du couplage conducto-radiatif à l’échelle locale de la structure voxélisée : l’apport énergétique du rayonnement est modélisé par un terme source de puissance volumique dans les voxels.

Proton therapy is used for cancer treatment to achieve better dose conformity by exploiting the energy-loss properties of protons. Proton treatment planning systems require knowledge of the stopping-power map of the patient’s anatomy to compute the absorbed dose. In clinical practice, this map is generated through a conversion from X-ray computed tomography (CT) Hounsfield units to proton stopping power relative to water (RSP). This calibration generates uncertainties as photon and proton physics are different, which leads to the use of safety margins and the reduction of dose conformity. In order to reduce uncertainties, proton CT (pCT) was proposed as a planning imaging modality since the reconstructed quantity is directly the RSP. In addition to energy loss, protons also undergo multiple Coulomb scattering (MCS) inducing non-linear paths, thus making the pCT reconstruction problem different from that of X-ray CT. The objective of this thesis is to improve image quality of pCT list-mode reconstruction. The use of a most likely path (MLP) formalism for protons to account for the effects of MCS has improved the spatial resolution in pCT. This formalism assumes a homogeneous medium. The first contribution of this thesis is a study on proton paths in heteregeneous media: the accuracy of the MLP was evaluated against a Monte Carlo generated path in different heterogeneous configurations. Results in terms of spatial, angular, and energy distributions were analyzed to assess the impact on reconstruction. The second contribution is a 2D directional ramp filter used for pCT data reconstruction. An intermediate between a filtered backprojection and a backproject-filter approach was proposed, based on the extension of the usual ramp filter to two dimensions, in order to preserve the MLP spatial information. An expression for a band-limited 2D version of the ramp filter was derived and tested on simulated pCT list-mode data. Then, a comparison of direct reconstruction algorithms in terms of spatial resolution and RSP accuracy was conducted. Five algorithms, including the 2D directional ramp, were tested to reconstruct different simulated phantoms. Results were compared between reconstruction from data acquired using idealized or realistic trackers. Finally, the last contribution is a deconvolution method using the information on the MLP uncertainty in order to improve spatial resolution of pCT images., La thérapie proton est utilisée dans le cadre du traitement contre le cancer afin de parvenir à une meilleure distribution de dose en exploitant les propriétés du proton. Les systèmes de planification de thérapie proton requièrent une carte du pouvoir d’arrêt des tissus du patient afin de pouvoir calculer la dose absorbée. En clinique, cette image est générée à partir d’une conversion des unités Hounsfield d’une image tomodensitométrique (CT) rayons X au pouvoir d’arrêt relatif (RSP) du proton. Cette calibration induit des incertitudes étant donné que les interactions physiques des photons et des protons sont différentes, ce qui va mener à l’utilisation de marges de sécurité et à la réduction de la conformité de dose. Afin de réduire ces incertitudes, l’imagerie proton CT a été proposée pour la planification de la thérapie proton puisque la quantité reconstruite est directement le RSP. En plus de la perte d’énergie, les protons interagissent également via la diffusion multiple de Coulomb (MCS) qui induit des trajectoires non linéaires, ce qui rend le problème de reconstruction en proton CT différent de la reconstruction CT rayons X. L’objectif de cette thèse est l’amélioration de la qualité d’image en reconstruction proton CT en mode liste. L’utilisation du formalisme du chemin le plus probable (MLP) afin de prendre en compte les effets du MCS a permis d’améliorer la résolution spatiale en proton CT. Ce formalisme suppose un milieu homogène. La première contribution de cette thèse est une étude sur les trajectoires des protons en milieux hétérogènes: la justesse du MLP a été évaluée en comparaison avec un MLP obtenu par simulations Monte Carlo dans différentes configurations. Les résultats en matière de distribution spatiale, angulaire, et énergétique ont été analysés afin d’évaluer l’impact sur l’image reconstruite. La seconde contribution est un filtre rampe directionnel 2D utilisé dans le cadre de la reconstruction proton CT. Il s’agit d’une méthode intermédiaire entre la rétroprojection filtrée et le filtrage de la rétroprojection, basée sur l’extension du filtre rampe en 2D afin de préserver l’information spatiale sur le MLP. Une expression pour une version 2D limitée en bande de fréquence du filtre rampe a été dérivée et testée sur des données pCT simulées. Ensuite, une comparaison de différents algorithmes de reconstruction directs en matière de résolution spatiale et justesse du RSP a été menée. Cinq algorithmes, incluant le filtre rampe directionnel, ont été testés afin de reconstruire différents fantômes. Les résultats obtenus à partir de données acquises avec des détecteurs idéaux ou réalistes ont été comparés. Enfin, la dernière contribution est une méthode de déconvolution qui utilise l’information sur l’incertitude du MLP afin d’améliorer la résolution des images proton CT.

A specimen observed in high-resolution transmission electron microscopy is electron transparent and its thickness is often less than about 10 nm. When it contains a linear defect like a screw dislocation, the obtained image can exhibit more or less important perturbations due to elastic relaxation nearby both free surfaces. Therefore, the theoretical interpretation of an image should include this relaxation in the calculation model. In the present work, it is evaluated for screw misfit dislocations piercing normally an elastically heterogeneous bicristalline plate (thickness 2h) from the following assumptions: there is no applied force on the thin plate and any surface stress related to a possible nanometric structure along the two free surfaces is neglected. The solution is found from an appropriate combination of known elastic fields in an infinite medium, which enables total stresses applying on two planes distant of 2h to be cancelled. This solution generalizes for the first time that of Eshelby and Stroh (1951), who consider an isolated screw dislocation normal to a homogeneous plate. (C) 2018 Academie des sciences. Public par Elsevier Masson SAS.

International audience; In this work we consider the description of a granular material as an heterogeneous linear continuum medium and the wave propagation in this continuum medium. The purpose of this modeling is to represent the equivalent stress field obtained in a discrete granular model through a continuum stochastic field of mechanical proprieties. One model was build in a finite element method to identify this continuum stochastic proprieties. We applied this approach in a ballasted railway track. The dynamic equations are solved using a Spectral Element approach using one probabilistic model.

The characterization and the study of real-time homogenization of a mixture of liquid and solid products present a key operation for many industrial sectors.In this work, we propose a model of spherical acoustic sensor miniaturized and autonomous adapted to different functions of characterization online of heterogeneous media of various kinds. This sensor has the ability to be dispersed in a dynamic system by creating a network of geo-localization for mapping desired properties of the medium. Its spherical hollow shape gives us the opportunity to accommodate a programmable electronic for managing its function as a unit or in a sensor network identified by coding.From a mechanical point of view, the proposed resonator is assembled from two hemi-spheres made of a suitable material (Plexiglas in our study), the sensor is brought into resonance by using an element piezoelectric introduced between the two hemi-spheres having the shape of a ring.After an experimental validation of the system by adopting the principle of trilateration, a mitigation study and propagation velocity of the acoustic wave was performed in different solutions at 35 ° C; water, glucose, rapeseed oil, milk, dairy and grain curd gel suspension (different sizes).; La caractérisation et l’étude de l’homogénéisation temps réel d’un mélange de produits liquides ou solides présente une opération clé pour de nombreux domaines industriels.Dans le présent travail, nous proposons un modèle de capteur acoustique sphérique miniaturisé et autonome, adapté à des fonctions de caractérisations en ligne des milieux hétérogènes de différentes natures. Ce capteur a la possibilité d’être dispersé dans un système dynamique en constituant un réseau de capteurs géo-localisables permettant une cartographie des propriétés recherchées du milieu. Sa forme sphérique creuse nous offre la possibilité de loger une électronique programmable pour gérer son fonctionnement par unité ou dans un réseau de capteurs identifiés par codage.D’un point de vu mécanique, le résonateur proposé est assemblé à partir de deux demi-sphères faites d'un matériau approprié (Plexiglas dans le cadre de notre étude), le capteur est mis en résonance à l’aide d’un élément piézo-électrique déposé entre les deux demi-sphères ayant la forme d'un anneau.Après une validation expérimentale du système en adoptant le principe de la trilatération, une étude sur l’atténuation et la vitesse de propagation de l’onde acoustique a été effectuée dans différentes solutions à 35 °C; eau, glucose, huile de colza, lait, gel laitier et grain de caillé en suspension (différente taille).

This experimental thesis work focuses on the linear and nonlinear propagation of ultrasounds in highly heterogeneous random media. In the nonlinear regime, we investigate the coherent transmission of a shock wave through two models of heterogeneous random media: a forest of metal rods immersed in water, and a bubbly gel. The experiment shows that the effects of the nonlinearity and of the multiple scattering are decoupled. We then take advantage of the large spectrum of the incident shock wave to measure the attenuation and the group velocity of the coherent wave in the medium, on a very large frequency band. By comparing our measurements to a linear theory including second order spatial correlations between scatterers, we extend its range of validity, and we show that a shock wave is a promising tool for spectroscopy of highly heterogeneous medium. Using the same experimental setup, we report the first measurement of an ultrasonic coda transmitted by a bubbly medium. In the linear propagation regime, we use the coda generated by the multiple scattering to measure the transport parameters in the forests of metal rods immersed. We present both broadband and frequency-resolved measurements of the diffusion constant of ultrasounds in these media. These latters show the interest to study the coda, which provides better frequency-resolved measurements than the coherent wave. Finally, we present the first frequency-resolved measurements of the velocity of transport for these model media. With these measurements, we now have a fully characterized synthetic heterogeneous medium.; Ces travaux de thèse expérimentaux portent sur la propagation linéaire et non linéaire d'ultrasons en milieux aléatoires fortement hétérogènes. En régime non linéaire, nous étudions la transmission cohérente d'une onde de choc à travers deux milieux aléatoires hétérogènes modèles : une forêt de tiges métalliques immergées dans l'eau, et un gel bulleux. L'expérience montre que les effets de la non linéarité et de la diffusion multiple y sont découplés. Nous exploitons alors l'étendue spectrale de l'onde de choc incidente, pour mesurer l'atténuation et la vitesse de groupe de l'onde cohérente, sur un large intervalle de fréquences. En comparant nos mesures à une théorie linéaire de la diffusion, incluant des corrélations de paires entre centres diffuseurs, nous étendons son domaine de validité, et nous montrons par la même qu'une onde de choc constitue un bon outil de spectroscopie des milieux fortement hétérogènes. À l'aide du même dispositif expérimental, nous observons pour la première fois une coda ultrasonore transmise par un milieu bulleux. Dans un régime de propagation linéaire, nous exploitons la coda engendrée par la diffusion multiple pour mesurer les paramètres de transport des forêts de tiges métalliques immergées. Nous présentons des mesures impulsionnelles et résolues en fréquence de la constante de diffusion des ultrasons dans ces milieux. Ces dernières montrent tout l'intérêt d'étudier la coda, qui fournit des mesures mieux résolues que l'onde cohérente. Enfin, nous présentons les premières mesures résolues en fréquence de la vitesse de transport pour ces milieux modèles. Avec ces mesures, nous disposons maintenant d'un milieu hétérogène synthétique parfaitement caractérisé en régime linéaire.

This experimental thesis work focuses on the linear and nonlinear propagation of ultrasounds in highly heterogeneous random media. In the nonlinear regime, we investigate the coherent transmission of a shock wave through two models of heterogeneous random media: a forest of metal rods immersed in water, and a bubbly gel. The experiment shows that the effects of the nonlinearity and of the multiple scattering are decoupled. We then take advantage of the large spectrum of the incident shock wave to measure the attenuation and the group velocity of the coherent wave in the medium, on a very large frequency band. By comparing our measurements to a linear theory including second order spatial correlations between scatterers, we extend its range of validity, and we show that a shock wave is a promising tool for spectroscopy of highly heterogeneous medium. Using the same experimental setup, we report the first measurement of an ultrasonic coda transmitted by a bubbly medium. In the linear propagation regime, we use the coda generated by the multiple scattering to measure the transport parameters in the forests of metal rods immersed. We present both broadband and frequency-resolved measurements of the diffusion constant of ultrasounds in these media. These latters show the interest to study the coda, which provides better frequency-resolved measurements than the coherent wave. Finally, we present the first frequency-resolved measurements of the velocity of transport for these model media. With these measurements, we now have a fully characterized synthetic heterogeneous medium.; Ces travaux de thèse expérimentaux portent sur la propagation linéaire et non linéaire d'ultrasons en milieux aléatoires fortement hétérogènes. En régime non linéaire, nous étudions la transmission cohérente d'une onde de choc à travers deux milieux aléatoires hétérogènes modèles : une forêt de tiges métalliques immergées dans l'eau, et un gel bulleux. L'expérience montre que les effets de la non linéarité et de la diffusion multiple y sont découplés. Nous exploitons alors l'étendue spectrale de l'onde de choc incidente, pour mesurer l'atténuation et la vitesse de groupe de l'onde cohérente, sur un large intervalle de fréquences. En comparant nos mesures à une théorie linéaire de la diffusion, incluant des corrélations de paires entre centres diffuseurs, nous étendons son domaine de validité, et nous montrons par la même qu'une onde de choc constitue un bon outil de spectroscopie des milieux fortement hétérogènes. À l'aide du même dispositif expérimental, nous observons pour la première fois une coda ultrasonore transmise par un milieu bulleux. Dans un régime de propagation linéaire, nous exploitons la coda engendrée par la diffusion multiple pour mesurer les paramètres de transport des forêts de tiges métalliques immergées. Nous présentons des mesures impulsionnelles et résolues en fréquence de la constante de diffusion des ultrasons dans ces milieux. Ces dernières montrent tout l'intérêt d'étudier la coda, qui fournit des mesures mieux résolues que l'onde cohérente. Enfin, nous présentons les premières mesures résolues en fréquence de la vitesse de transport pour ces milieux modèles. Avec ces mesures, nous disposons maintenant d'un milieu hétérogène synthétique parfaitement caractérisé en régime linéaire.

This paper deals with the existence of traveling fronts for the reaction-diffusion equation: $$ \frac{\partial u}{\partial t} - \Delta u =h(u,y) \qquad t\in \mathbb{R}, \; x=(x_1,y)\in \mathbb{R}^N. $$ We first consider the case $h(u,y)=f(u)-\alpha g(y)u$ where $f$ is of KPP or bistable type and $\lim_{|y|\rightarrow +\infty}g(y)=+\infty$. This equation comes from a model in population dynamics in which there is spatial spreading as well as phenotypic mutation of a quantitative phenotypic trait that has a locally preferred value. The goal is to understand spreading and invasions in this heterogeneous context. We prove the existence of threshold value $\alpha_0$ and of a nonzero asymptotic profile (a stationary limiting solution) $V(y)$ if and only if $\alphaL_2\geq L_1$. This equation provides a general framework for a model of cortical spreading depressions in the brain. We prove the existence of traveling front if $L_1$ is large enough and the non-existence if $L_2$ is too small.

Modern Municipal Solid Waste landfills require, in order to satisfy the environmental, sanitary and / or economical stakes, a controlled management of liquid and gaseous flows. This thesis work concerns the understanding and numerical modelling of fluid transfers considering especially various processes used during landfill site exploitation (liquid injection, liquid and gas recovery). For each of the three studied operational procedures, the major physical phenomena are identified as well as the time and space scales in order to define a simplified version of a general model. These choices aim at reducing the number of fitting parameters and at using mostly experimental characteristics. Particular attention is drawn towards the heterogeneous and deformable nature of waste material. The fine description of leachate injection requires a double medium description associated with a preferential flow model. The resulting flow behaviour makes difficult the increase in moisture content under gravitary conditions. For the pumping operation, the medium seems to have a homogeneous response. However, a specific hysteretic behaviour of the material is demonstrated. Finally, the consideration of waste deformability leads to the prediction of an original flow structure during the recovery of biogas., Les Installations de Stockage des Déchets Non Dangereux modernes nécessitent pour satisfaire les enjeux environnementaux, sanitaire et / ou économiques une gestion contrôlée des effluents liquides et gazeux. Le travail réalisé dans cette thèse porte sur la compréhension et la modélisation numérique des phénomènes de transferts de fluides avec une attention particulière pour les différents procédés mis en oeuvre durant l'exploitation des sites (injection de liquide, récupération de liquide et gaz). Pour chacune des trois applications étudiées, les phénomènes physiques majeurs sont identifiés ainsi que les échelles de temps et d'espace associées de manière à pouvoir proposer des versions simplifiées d'un modèle général. Ceci permet en particulier de renseigner ces modèles par des données principalement expérimentales. Un attachement particulier est porté au caractère hétérogène et déformable du matériau déchet. La description fine de l'injection de lixiviat nécessite une description de type double milieu associée à un modèle d'écoulements préférentiels. Ce type d'écoulement est peu favorable à une augmentation de l'humidité du milieu en conditions gravitaires. Concernant le pompage, le milieu semble réagir comme un milieu homogène mais un comportement hystérétique spécifique au matériau est mis en évidence. Enfin, la prise en compte de la déformabilité du déchet conduit à la prédiction d'une structure d'écoulement originale lors du captage de biogaz.

This work is devoted to the modelling of the linear and non-linear hydro-mechanical behaviour of porous rocks (such as oolitic limestone, iron ore) by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. Porous rocks studied are constituted by an assemblage of grains (oolites), with high volume fraction, coated by a matrix. The overall porosity is supposed connected and decomposed into oolite porosity and matrix porosity. A two step homogenization method has been developed in the framework of CSA models (Composite Sphere Assemblage). The effect of interfacial bonding condition on poroelastic properties of composite sphere is investigated by determining the exact solution of the model in the case of perfect or/and imperfect interface. Micromechanical model is applied firstly to estimation of effective linear poroelastic properties of rocks studied. Their non-linear behaviour is studied by considering a elasto-plastic behavior for both the matrix and the interfaces (oolite-matrix). The comparison between numerical simulations and macroscopic experimental results underlined the crucial role of the interfacial transition zone, Ce travail de thèse est consacré à l'étude du comportement poro-élastique linéaire et non linéaire des matériaux et géomatériaux poreux (notamment les calcaires oolithiques et le minerai de fer) par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Les roches poreuses étudiées sont constituées par un assemblage de grains (oolithes), à forte fraction volumique, cimentés par une matrice. La porosité, supposée connectée, est présente dans les oolithes (inter-oolithique) et dans la matrice (intra-oolithique). Un modèle d'homogénéisation à deux étapes est développé dans le cadre du modèle des sphères composites. L'importance des effets de liaison d'interface sur les propriétés poro-élastiques des sphères composites est étudiée en déterminant la solution exacte du modèle aux conditions d'interfaces parfaite ou/et imparfaite. Le modèle est tout d'abord appliqué pour estimer les propriétés effectives poro-élastiques linéaires des roches étudiées. Le comportement non linéaire de ces roches est étudié en attribuant à la matrice un comportement élastoplastique et en développant un comportement non linéaire pour les interfaces (oolithes - matrice). La comparaison entre résultats issus de la modélisation et ceux expérimentaux macroscopiques montre l'importance cruciale de la zone interfaciale de transition

The present work deals with the linear and non-linear thermo-hydro-mechanical behaviour of porous rocks such as the argillite by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. In this model, the representative elementary volume of a heterogeneous medium is composed of an argillaceous matrix containing spherical inclusions of minerals quartz and calcite and ellipsoidal inclusions representing the pore space. In a first step, the process of modelling has been exploited by determining the isotropic and transversely isotropic effective properties of the argillite: thermal conductivity and thermo-hydro-mechanical properties. Furthermore, many numerical studies have highlighted the influence of the morphology of the pore space, of the mineralogy and of the estimate schemes to the predictive results. In a second step, we modelled the non linear mechanical behaviour (elasto-plastic, elasto-viscoplastic) of argillaceous rocks. The comparison between numerical simulations and available experimental results (triaxial compression test, creep test) confirmed the validation of the model developed; Le présent travail est consacré à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique linéaire et non linéaire des roches poreuses de type argilites par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Dans ce modèle, le volume élémentaire représentatif du milieu hétérogène est composé d'une phase matricielle argileuse contenant des inclusions sphériques de minéraux de quartz et de calcite et des inclusions ellipsoïdales aplaties représentant l'espace poreux. Dans un premier temps, le procédé de la modélisation a été exploité par la détermination des propriétés effectives isotropes et isotrope transverses des argilites : la conductivité thermique et les propriétés thermo-hydro-mécanique croisées. En outre, de nombreuses études numériques ont mis en évidence l'influence de la morphologie de l'espace poreux, de la minéralogie et des schémas d'estimation sur les résultats prédictifs. Dans un deuxième temps, nous avons modélisé le comportement mécanique non linéaire (élasto-plastique, élasto-viscoplastique) des roches argileuses. La comparaison entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux disponibles (essai de compression triaxiale, essai de fluage) a confirmé la validation du modèle développé

The present work deals with the linear and non-linear thermo-hydro-mechanical behaviour of porous rocks such as the argillite by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. In this model, the representative elementary volume of a heterogeneous medium is composed of an argillaceous matrix containing spherical inclusions of minerals quartz and calcite and ellipsoidal inclusions representing the pore space. In a first step, the process of modelling has been exploited by determining the isotropic and transversely isotropic effective properties of the argillite: thermal conductivity and thermo-hydro-mechanical properties. Furthermore, many numerical studies have highlighted the influence of the morphology of the pore space, of the mineralogy and of the estimate schemes to the predictive results. In a second step, we modelled the non linear mechanical behaviour (elasto-plastic, elasto-viscoplastic) of argillaceous rocks. The comparison between numerical simulations and available experimental results (triaxial compression test, creep test) confirmed the validation of the model developed, Le présent travail est consacré à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique linéaire et non linéaire des roches poreuses de type argilites par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Dans ce modèle, le volume élémentaire représentatif du milieu hétérogène est composé d'une phase matricielle argileuse contenant des inclusions sphériques de minéraux de quartz et de calcite et des inclusions ellipsoïdales aplaties représentant l'espace poreux. Dans un premier temps, le procédé de la modélisation a été exploité par la détermination des propriétés effectives isotropes et isotrope transverses des argilites : la conductivité thermique et les propriétés thermo-hydro-mécanique croisées. En outre, de nombreuses études numériques ont mis en évidence l'influence de la morphologie de l'espace poreux, de la minéralogie et des schémas d'estimation sur les résultats prédictifs. Dans un deuxième temps, nous avons modélisé le comportement mécanique non linéaire (élasto-plastique, élasto-viscoplastique) des roches argileuses. La comparaison entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux disponibles (essai de compression triaxiale, essai de fluage) a confirmé la validation du modèle développé

International audience; A general Discontinuous Calerkin framework is introduced for symmetric systems of conservations laws. It is applied to the three-dimensional electromagnetic wave propagation in heterogeneous media, and to the propagation of aeroacoustic perturbations of either uniform or nonuniform, steady solutions of the three-dimensional Euler equations. In all these linear contexts, the time evolution of some quadratic wave energy is given in a balance equation, with a volumic source term for aeroacoustics in a nonuniform flow. An explicit leap-frog time scheme along with centered numerical fluxes are used in the proposed Discontinuous Galerkin Time Domain (DGTD) method, in order to achieve a discrete equivalent of the balance equation for the wave energy. The scheme introduced is genuinely nondissipative. Numerical first-order boundary conditions are developed to bound the domain and stability is proved on arbitrary unstructured meshes and discontinuous finite elements, under some CFL-like stability condition on the time step. Numerical results obtained with a parallel implementation of the method based on mesh partitioning and message passing are presented to show the potential of the method.

Not available, L’oxydation des échantillons de tungstène chauffés par effet Joule, est réalisée dans un spectrophotomètre infrarouge sous atmosphère contrôlée (10^-2 torr d'oxygène) et à des températures T [supérieur ou égal] 1100 K pour créer des surfaces rugueuses. La morphologie de la couche d'oxyde est caractérisée par analyseur d'images à partir du cliché d'une coupe réalisée par microscopie électronique à balayage. On assimile l'oxyde à une superposition de films minces, dont l'un hétérogène, contenant la rugosité, est étudié par la théorie de BRUGGMAN en vue de déterminer sa constante diélectrique. Les propriétés optiques d'un corps hétérogène sont interprétées généralement à partir de la théorie des milieux dispersés qui ne tient compte que très partiellement de la rugosité des surfaces. Ce travail expose la conception et l'élaboration d'outils destinés à caractériser l'influence de la complexité et de la forme de la rugosité sur l'émissivité d'une surface, selon une approche originale qui tient compte de la morphologie réelle des surfaces (profils fractals). Le calcul de l'émissivité d'une surface rugueuse est mené de la manière suivante: numérisation des profils expérimentaux calcul de la constante diélectrique d'une couche homogène optiquement équivalente contenant la rugosité du profil considéré calcul du facteur moyen de dépolarisation gm par une méthode originale de remplissage du profil par des ellipsoïdes utilisation de la théorie des films minces, pour calculer l'émissivité monochromatique et directionnelle de cette surface. Une étude analogue a été réalisée sur des profils théoriques crées par interpolation fractale, pour la validation théorique du modèle. Nous mettons en évidence une relation entre la dimension fractale, l'émissivité et le facteur de dépolarisation

Le travail présenté dans ce mémoire s'intéresse à la quantification des processus physiques liés aux séismes de la rupture initiale à la propagation des ondes jusqu'à la zone cible où des stations d'enregistrement permettent de mieux contraindre le mouvement du sol. L'estimation quantitative a été réalisée grâce à une technique numérique de simulation que sont les différences finies. Un schéma en grille alternée permet de réduire fortement les instabilités associées aux ondes, d'optimiser le temps de calcul et la mémoire nécessaire aux problèmes dynamiques. Les processus physiques à la source sismique sont complexes car s'expriment comme un phénomène de frottement dans un milieu hétérogène. Cette thèse aborde des configurations bidimensionnelles et tridimensionnelles et montre qu'il existe une loi d'échelle numérique venant de la singularité des champs en pointe de faille. Dans le cas purement cassant, il n'existe pas d'échelle caractéristique conduisant à affirmer que la solution numérique ne converge pas vers la solution théorique avec les discrétisations associées à la méthode utilisées: la solution numérique ne peut exprimer avec assez de résolution la singularité. L'introduction d'une zone de faiblesse en pointe de faille permet d'introduire une échelle et de rendre le problème plus facile à résoudre. Il est ensuite abordé le problème de la propagation en milieux hétérogènes dans des configurations unidimensionnelles, bidimensionnelles sachant que le cas 3D peut l'être aussi mais réclame des moyens informatiques notables. On notera que le schéma hétérogène proposé sur une grille en quinconce permet de décrire les ondes d'une manière précise quand leur énergie devient notable. Cela est vrai à une interface liquide/solide par exemple où l'onde S est confinée dans le milieu solide sans provoquer d'instabilités dans le milieu liquide. La reconstruction du milieu est une étape importante en association avec la localisation des séismes. Des techniques d'optimisation nouvelles permettent d'envisager la reconstruction des propriétés du milieu via la forme d'onde et non plus uniquement via les temps d'arrivée. L'effort numérique est important et seulement le cas acoustique dans des configurations simples est introduit et permet de comprendre la non-linéarité du problème d'imagerie. Nous voyons ainsi dans cette thèse qu'il est possible de contraindre la physique à la source sismique et durant la propagation des ondes sismiques grâce à une modélisation précise des équations différentielles partielles et des conditions aux limites qui caractérisent cette physique. En l'associant aux observations des signaux sismiques aux stations, il sera possible dans le future de mieux expliquer les phénomènes sismiques observés., pas de résumé