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The Antarctic ice sheet is the largest ice mass on Earth. This ice sheet is subject to instabilities generated by ongoing climate change. This thesis is part of the European H2020 project TiPACCs (Tipping Points in Antarctic Climate Components). The overall objective is to assess the likelihood of large and abrupt changes in the near-future of the Antarctic ice sheet contribution to sea level, caused by Antarctic ice sheet tipping points. We need to determine the stability regime of the Antarctic ice sheet grounding lines and the existence of tipping points. We address the question of whether Antarctic grounding lines are currently undergoing irreversible retreat through instabilities such as marine ice sheet instability (MISI). Theoretical and numerical work has firmly established that marine-type ice sheet grounding lines can enter irreversible advance and retreat phases driven by MISI. Examples of such irreversible retreat have been found in several simulations of the past and future evolution of the Antarctic ice sheet.To this end, we conduct a systematic analysis of the numerical stability of all Antarctic cap grounding lines in their present position using the Elmer/Ice ice flow model. Before perturbation experiments can be performed, an appropriate reference state is obtained in continuation of the recent model intercomparison experiment focused on ice sheet initialization for the Antarctic ice sheet, InitMIP-Antarctica (Seroussi et al., 2019). The inversion initialization methodology is used to ensure that the model reproduces the current surface flux for current ice thicknesses. In a second step, a study based on perturbation experiments is conducted to identify the stability regime of the Antarctic cap grounding lines in their current configurations. Stability is tested by applying a small but numerically significant melt disturbance below the floating platforms. We systematically show that ice sheet states can be obtained from grounding lines, ice geometry, and ice flow in close agreement with observations for the entire Antarctic ice sheet, including Pine Island and Thwaites glaciers. This implies that the suggestion that the retreat of the Antarctic grounding line has already initiated the MISI cannot be confirmed. Rather, it indicates that the grounding line retreat currently observed in Antarctica is a "forced retreat", meaning that it is driven by external forcing rather than the instability mechanism at this time. In other words, if the currently observed flux imbalance were to be removed, the retreat of the grounding line would likely stop. However, with the progression of global warming, this is unlikely to happen. In fact, further retreat of the grounding line is expected under current and projected climate conditions.; La calotte Antarctique représente la masse de glace la plus importante sur Terre. Cette calotte est sujette aux instabilités engendrées par les changements climatiques en cours. Cette thèse fait partie du projet européen H2020 TiPACCs (Points de basculement dans les composantes climatiques Antarctiques). L'objectif général est d'évaluer la probabilité de changements importants et abrupts dans le futur proche de la contribution de la calotte glaciaire Antarctique au niveau de la mer, causé par les points de basculement de la calotte glaciaire Antarctique. Nous devons de déterminer le régime de stabilité des lignes d'ancrage de la calotte glaciaire Antarctique et l'existence de points de basculement. Nous abordons la question de savoir si les lignes d'échouage Antarctiques subissent actuellement un recul irréversible à travers des instabilités telle que le MISI. Des travaux théoriques et numériques ont fermement établi que les lignes d'échouage des calottes glaciaires de type marin peuvent entrer dans des phases d'avance et de recul irréversibles entraînées par l'instabilité de la calotte glaciaire marine (MISI). Des exemples d'un tel retrait irréversible ont été trouvés dans plusieurs simulations de l'évolution passée et future de la calotte Antarctique.Dans ce but, nous menons, à l'aide du modèle d'écoulement glaciaire Elmer/Ice, une analyse systématique de la stabilité numérique de toutes les lignes d'échouage de la calotte Antarctique dans leur position actuelle. Avant que des expériences de perturbation ne puissent être effectuées, un état de référence approprié est obtenu dans la continuité de la récente expérience d'inter-comparaison de modèles centrée sur l'initialisation de la calotte glaciaire pour la calotte glaciaire Antarctique, InitMIP-Antarctica (Seroussi et al., 2019).. La méthodologie d'initialisation par inversion est utilisée pour s'assurer que le modèle reproduit le flux de surface actuel pour les épaisseurs de glace actuelles. Dans un deuxième temps, une étude basée sur des expériences de perturbations est menée dans le but d'identifier le régime de stabilité des lignes d'échouage de la calotte Antarctique dans leurs configurations actuelles. La stabilité est testée en appliquant une perturbation faible de la fonte au-dessous des plateformes flottantes, mais significatives du point de vue numérique. Nous montrons systématiquement que des états stables de la calotte glaciaire peuvent être obtenus à partir des lignes d'échouages, d'une géométrie de la glace et d'un écoulement de glace en accord étroit avec les observations pour l'ensemble de la calotte glaciaire de l'Antarctique, y compris les glaciers Pine Island et Thwaites. Cela implique que la suggestion selon laquelle le retrait de la ligne d'échouage en Antarctique a déjà initié le MISI ne peut pas être confirmée. En fait, cela indique plutôt que le retrait de la ligne d'échouage actuellement observé en Antarctique est un "retrait forcé", ce qui signifie qu'il est entraîné par un forçage externe plutôt que par le mécanisme d'instabilité pour le moment. En d'autres termes, si le déséquilibre des flux actuellement observé devait être supprimé, le recul de la ligne d'échouage s'arrêterait probablement. Cependant, avec la progression du réchauffement climatique, il est peu probable que cela se produise. En fait, un recul supplémentaire de la ligne d'échouage est attendu dans les conditions climatiques actuelles et simulées.

Les risques bancaires font l’objet d’une grande attention au cœur du système financier. La nouveauté dans ce domaine réside dans la nécessité, et la volonté d’une gestion plus performante. C’est dans ce sens que l’ALM est apparue comme étant une nouvelle méthode de gestion des risques bancaires. Cette méthode a pour principal objet l’analyse des équilibres bilanciels entre l’actif et le passif, et nécessite à cette fin la disposition de tous les postes du bilan. Les dépôts à vue de la clientèle, étant des produits financiers non contractuels et constituant une partie importante du passif du bilan, imposent aux contrôleurs de mettre en œuvre un modèle spécifique qui caractérise leur évolution. Notre travail de recherche consiste donc à vérifier, à travers l’étude de cas d’une banque Marocaine, comment peut-on efficacement appliquer la pratique ALM pour améliorer la gestion des risques financiers de la banque, en particulier le risque de liquidité ?

In subsurface environments, a large number of biogeochemical reactions have a kinetics controlled mainly by bacteria. In these environments, nutrient fluxes and solute concentrations can be highly variable over space and time. These variations can generate bio-geochemical reaction kinetics that differ significantly from the cases measured in homogeneous environmental models. The general objective of this work is, using microfluidic experiments and based only on physical descriptors, to quantify the couplings between flow heterogeneity, solute transport/mixing, reactions and biological activity. Our experiments are coupled with numerical modeling and demonstrate the coupling of nutrient transport with bacterial growth on surfaces. Observations at the scale of bacterial cells and at high acquisition rates show the effect of velocity gradients on the patterns of surface colonization by bacteria in the early stages of development of a population subjected to laminar flow. We also reveal a dependence of the properties of bacterial attachment to surfaces on the imposed shear forces. This bacterial adaptation influences their growth rate. Finally, we develop an analytical study framework describing the improvement of reaction kinetics through mixing processes., Dans les environnements souterrains, un grand nombre de réactions bio-géo-chimiques ont une cinétique essentiellement contrôlée par des bactéries. Dans ces milieux, les flux de nutriments et les concentrations de solutés peuvent être fortement variables dans l'espace et le temps. Ces variations peuvent générer des cinétiques de réaction bio-géo-chimiques qui différent de manière significative des cas mesurés dans les modèles environnementaux homogènes. L’objectif général de ce travail est, à partir d’expériences microfluidiques et en se fondant uniquement sur des observables physiques, de quantifier les couplages entre hétérogénéité de l’écoulement, transport/mélange de solutés, réactions et activité biologique. Nos expériences associées à des modélisations numériques démontrent le couplage du transport de nutriments avec la croissance en surface des bactéries. Des observations à l’échelle des cellules bactériennes et à haut taux d’acquisition démontrent l’effet des gradients de vitesse sur les motifs de colonisation des surfaces par les bactéries dans les premières phases de développement d’une population soumise à un écoulement laminaire. Nous mettons également en évidence une dépendance des caractéristiques de l’attachement des bactéries aux surfaces vis-à-vis de la contrainte cisaillante qu’elles subissent. Cette adaptation influence leur taux de croissance. Enfin, nous développons un cadre d’étude analytique décrivant l’amélioration d’une cinétique de réaction par les processus de mélange.

International audience; Horizontal subsurface Flow Constructed Wetlands (HF CWs) are biofilters planted with aquatic macrophytes within which wastewater is treated mostly through contact with bacterial biofilms. The high concentrations of organic carbon and nutrients being transported leads to high bacterial biomass production, which decreases the flow capacity of the porous material (bioclogging). In severe bioclogging scenarios, overland flow may take place, reducing overall treatment performance. In this work we developed a mathematical model using COMSOL MultiphysicsTM and MATLAB to simulate bioclogging effects in HF CWs. Variably saturated subsurface flow and overland flow were described using the Richards equation. The growth of bacteria was described using a Monod equation, and its effects on the hydrodynamics were taken into account by using a conceptual model that adapts the value of Mualem's unsaturated relative permeability. Simulation results with and without considering bioclogging were compared to showcase the impact of this process on the overall functioning of CWs. The two scenarios rendered visually different bacteria distributions and flow and transport patterns, showing the necessity of including bioclogging effects on CWs models. This work represents one of the few studies available on bioclogging in variably saturated conditions, and the presented model allows simulating the interaction between overland and subsurface flow occurring in most HF CWs. Hence, this work gets us a step closer to being able to describe CWs functioning in an integrated way using mathematical models.

Road dusts were sampled on various positions along a double two-lane car-riageway near Paris (France). The samples were analyzed for particle size distribu-tion and pollutant (heavy metals and PAHs) concentrations. The particle size dis-tribution depends on the sampling location on pavement, in gutter or on sidewalk. The results outlined the relation between particle size, spatial distribution and pol-lutant concentrations. Data on micro-characterization were obtained to confirm re-sults. The study provided useful data for the implementation of a physically based water quality model., Des poussières de route ont été échantillonnées sur différentes positions le long d'un double chemin de fer à deux voies près de Paris (France). Les échantillons ont été analysés pour la distribution de la taille des particules et les concentrations de polluants (métaux lourds et HAP). La distribution de la taille des particules dépend de l'emplacement d'échantillonnage sur la chaussée, dans la gouttière ou sur le trottoir. Les résultats ont souligné la relation entre la taille des particules, la distribution spatiale et les concentrations de polluants. Des données sur la micro-caractérisation ont été obtenues pour confirmer les résultats. L'étude a fourni des données utiles pour la mise en oeuvre d'un modèle de qualité de l'eau physique.

Un code résolvant les équations de Saint venant 2D par un schéma du second ordre explicite est utilisé pour simuler la crue extrême d'octobre 1988 dans le quartier Richelieu de la ville française de Nîmes. Un calcul de référence utilisant une description détaillée du réseau de rues et des sections en travers des rues mais négligeant le réseau d'assainissement fournit une altitude moyenne du pic 0,13 m plus basse que les laisses de crue avec un écart type de 0,53 m. l'analyse de sensibilité des paramètres topographiques et numériques montre que globalement les résultats gardent le même niveau de précision, ce qui reflète la stabilité de la méthode de calcul et le lissage des résultats. Toutefois, localement des modifications d'écoulement dues à la modification des valeurs des paramètres changent fortement les niveaux d'eau, particulièrement quand le régime est modifié. En outre, la répartition des écoulements dans la partie val du quartier peut être altéré. Finalement, une seconde crue (2002) a été simulée avec le modèle calé donnant des résultats similaires à 1988. Donc, l'article montre qu'après calage, un modèle 2D peut être utilisé pour aider à la planification de mesures de prévention dans une zone urbaine dense. / A code solving the 2-D shallow water equations by an explicit second-order scheme is used to simulate the severe October 1988 flood in the Richelieu urban locality of the French city of Nîmes. A reference calculation using a detailed description of the street network and of the cross sections of the streets, considering impervious residence blocks and neglecting the flow interaction with the sewer network provides a mean peak water elevation 0.13 m lower than the measured flood marks with a standard deviation between the measured and computed water depths of 0.53 m. Sensitivity analysis of various topographical and numerical parameters shows that globally, the results keep the same level of accuracy, which reflects both the stability of the calculation method and the smoothening of results. However, the local flow modifications due to change of parameter values can drastically modify the local water depths, especially when the local flow regime is modified. Furthermore, the flow distribution to the downstream parts of the city can be altered depending on the set of parameters used. Finally, a second event, the 2002 flood, was simulated with the calibrated model providing results similar to 1988 flood calculation. Thus, the article shows that, after calibration, a 2-D model can be used to help planning mitigation measures in a dense urban area.

La prévision des inondations urbaines et de leur impact sur le milieu passe par la modélisation précise et lisible des flux inondants. Leur représentation est cependant rendue difficile par le caractère transitoire et multidirectionnel des écoulements, dans un milieu dont la géométrie est très irrégulière. Cet article traite plus spécifiquement du comportement du bâti africain vis à vis des écoulements, en situation inondante, et des lois de stockage et de vidange que l'on peut définir à différentes échelles représentatives de l'habitat : concession, bloc de concessions. Nous présentons trois propriétés du bâti nécessaires et suffisantes pour décrire le comportement hydraulique du milieu à ces échelles : sa pénétrabilité, sa stockabilité et sa transmissivité. L'étude du comportement hydraulique de l'objet bâti élémentaire, la concession, nous permet de relier ces propriétés à des caractéristiques géométriques de cet objet. Une approche agrégative conduit ensuite à définir un indicateur de la structure géométrique du bâti, l'HistoSeuil, équivalent à une densité d'ouvertures et caractéristique de la pénétrabilité du bâti. L'étude de sa pertinence géométrique, i.e. sa variabilité intra- et inter-quartiers a été réalisée dans le cas particulier de la ville de Ouagadougou (Burkina Faso) ; elle est basée sur le relevé systématique des ouvertures observables sur différentes façades de voiries de trois quartiers de types différents, (habitat individuel et spontané). Sa pertinence hydraulique, i.e. sa capacité à reproduire le comportement hydraulique moyen de l'objet urbain modélisé, est enfin abordée. Développée dans le contexte particulier de Ouagadougou, cette approche est généralisable à des configurations urbaines très diverses., Stormwater runoff generates one of the most critical natural risks in urban environments: impervious surfaces and high drainage network densities lead to frequent urban flooding events, with short process times and within small urban areas. In all parts of the world, urbanisation is growing, and urban flood hazards consequently occur more and more frequently. Examples of important flood damages suffered by urban populations are numerous, especially in tropical regions where the violence and rapidity of tropical storms often lead to an overloading of the drainage system and to the flooding of adjacent built-up areas. Prediction and evaluation of these damages require the determination of some important hydraulic characteristics of the flood, such as maximum water depth or flooding duration. Currently-used models are generally limited to checking the sewer system efficiency. Therefore new models are now expected to represent with accuracy and reliability the stormwater runoff, which can result from sewer system overloading. However, this kind of modelling is hard to carry out because of the geometric complexity of the urban media and because of the rapidity of urban storms and their associated flooding. Moreover, the modelling of the behaviour of the flooded built-up areas should sometimes be integrated into complete models of urban flooding, given their important influence on the hydrodynamics of the flood. However the geometric complexity of these built-up areas prevents us from a complete and accurate description of the different obstacles and water ways encompassed in such areas. Simplified descriptions at a larger scale are consequently to be found.This paper highlights the important physical characteristics that determine the hydraulic behaviour of every hydraulically-independent urban cell, and suggests a way to represent the exchange and storage laws of built-up areas at different scales: individual plots and blocks of plots. The study was performed in the particular case of Ouagadougou's areas. The hydraulic behaviour of every built-up area can be modelled with three important physical characteristics, the two first of which are related to the structure of the surrounding walls:- water perviousness : the ease with which the passing flood can enter or exit the plot. This is dependent upon the aperture density, which can vary according to the façade;- transmissivity: the ease with which water can pass through the plot. It depends on the perviousness of the different external or internal façades of the individual plot. If one façade is waterproof, the transmissivity becomes nil in the perpendicular direction;- storativity : determined with the storage capacity of an individual plot. It is a function of the internal surface area of the plot.These three characteristics are functions of height. Moreover, they are essential and sufficient to describe the behaviour of every basic or global urban object (plot, block of plots...). At the "block of plots" level, the transmissivity and storativity concepts are comparable to the hydraulic roughness and urban porosity concepts that have already been proposed in scientific papers (e.g., Braschi et al. 1991). These two characteristics are sufficient for modelling the hydraulic behaviour of every open urban medium. Nevertheless, some urban media are non-transmissive because of a high connection level between the different obstacles. In these cases the perviousness property is very useful for modelling the different exchanges between the built-up areas and the adjacent flooded roads. The residential urban areas of Ouagadougou, used as an illustration for this study (Figure 1), correspond to this case of partitioned urban areas. The structure of the Ouagadougou's residential districts is standard and is organised around the individual plot, a parcel shielding one or several families: the individual plot is isolated from other plots and from the roads by a surrounding wall that constitutes one of the elementary hydraulic objects of the urban environment. The evolution of the flood water depth in a plot adjacent to a flooded road, determined by equation 1, depends on its floodable surface Sc and on its perviousness. Its perviousness is defined by the geometric characteristics of the apertures present in the wall: the type of aperture, weir or orifice; its height, hs, its length, Ls, and its opening if an orifice, a. Measures of exchanges between roads and plots made during some flood events in Ouagadougou (Hingray 1999) showed that the classical discharge laws for weirs or trough orifices can be used to model these exchanges (equations 2, 3 and 4).We suggest a way to simulate the exchange and storage laws of these built-up areas at a larger scale: the block of plots. An aggregation approach enables us to define a structure indicator: " l'HistoSeuil " (Figure 2). It is based on the description of the lengths of weirs and apertures found in road façades, and is equivalent to an aperture density function. The exchange discharge between the block of plots and the flooded adjacent road can be computed with a simply convolution (equation 6) between this HistoSeuil and the reference discharge laws for broad-crested weirs (equations 7 and 8). The geometric relevance of the indicator is next discussed: it seems to be a relatively stable geometric characteristic of an urban area (Figure 3). This result is given by a systematic survey of the apertures observed in 24 road façades belonging to 3 different districts of Ouagadougou. The two first are traditional residential districts, more and less developed. The "Patte d'Oie" district is fairly old and was established in the 1970's (numerous well developed plots). The second one (Wemtenga 1) is a recent housing estate (1988) (numerous unfinished or empty plots). The final one (Wemtenga 2) is a very recent district of spontaneous development (disorganised built-up area structure). Furthermore, the hydraulic relevance of this indicator, its ability to reproduce the average hydraulic behaviour of a block of plots, is approached. Initial results seem to be positive. If both the hydraulic and geometric relevance of the structure indicator presented in this paper are validated by the additional work that we are carrying out at this present time, this approach may prove to be useful for the hydraulic modelling of built-up areas. Moreover the study of other types of built-up areas could lead to the determination of a hydraulic typology of urban areas. In particular, this study, performed in the case of Ouagadougou, a big city in a developing country, seems to be valid for every city where the built-up areas are highly partitioned.

The hydrological processes within slope deposits are not well known, particularly for high tropical mountains with climatic conditions giving seasonal contrasts in the hydrological cycle. Measurements have been taken in a high Andean valley of the Cordillera Real (Bolivia) with the aim to determine the role of the slope deposits in the framework of a hydraulic modelling. Different transfer time measurements combined with morphometrical and sedimentological analysis were carried out on three talus slopes and two moraines during the rainy season. After injection of salt, the electrical conductivity of the water in slope deposits springs is monitored to estimate transfer velocities. The hydrological behaviour of these slope deposits depends on the season. In the dry season, all the water infiltrates and there is no visible outlet. During the wet season, one part soaks in and gives springs down slope. The lag times estimated by the measurement of tracer velocity demonstrate that these slope deposits delayed the flow depending on the type of deposit. The delay is at least 24 h in the case of the talus slopes and more than 48 h in the case of lateral moraines.

In order to lower costs, testing of catalytic pellets (spheres or extrudates) is performed in ever smaller fixed bed reactors whereas catalytic pellet size is unchanged. The object of this thesis is to explore domains where downsizing leads to new questions in terms of physics, repeatability and modeling. The thesis is built in 5 chapters, 1) a detailed introduction of the context and a review of the literature on small fixed bed reactors, 2) a discussion about flow patterns in fixed beds filled with fine powder where capilary effects are not negligible, 3) a presentation of a methodology to assess the impact of sampling small number of pellets out of a non uniform set and results for internally mass transfer limited reactions, 4) a study of the effect of randomness in fixed beds first through a pore network model with a good ability to predict trends but lacking accuracy, then using direct numerical simulation of a reactive flow in fixed beds made of 8 cylinders arranged in several configuration showing that packing effects occur, concurrently with external mass transfer limitations, when cross flow diffusion is not fast enough to level out convection and reaction induced gradients, 5) a conclusion that summarizes design criteria and offers a few perspectives for R&D in downsizing, Pour des raisons de coûts, les tests de catalyseur mis en forme (billes, extrudés, …) en réacteur est lit fixe sont mis en œuvre dans des réacteurs de plus en plus petits alors que la taille des objets catalytiques ne change pas. L'objet de cette thèse est d'explorer les domaines où la réduction d'échelle conduit à des questionnements nouveaux en termes de physique, répétabilité, représentativité et modélisation. Le document s'articule autour de 5 chapitres : 1) une introduction détaillée du contexte avec un état de l'art sur les réacteurs à lit fixe de petite taille et l'identification des questions en suspens, 2) une réflexion autour de la nature des écoulements gaz-liquide descendant dans des lits fixes quand les forces capillaires ne sont plus négligeables, 3) la présentation d'une méthodologie et d'un critère sur un nombre minimal de grain nécessaire pour limiter les conséquences d'une distribution granulométrique en présence de limitations au transfert interne, 4) l'étude des effets d'empilements aléatoires sur la performance apparente du réacteur, d'abord par un modèle réseau de pores qui décrit assez bien les tendances observées expérimentalement mais manque de capacité de prédiction, puis par simulation numérique directe d'écoulement réactif dans des empilements de 8 cylindres qui montre que les effets d'empilements apparaissent, avec les limitations au transfert externe, quand la diffusion moléculaire transverse n'est pas assez rapide pour compenser les gradients dus à la réaction et à la convection, 5) une conclusion qui résume les critères de conception de réacteurs de tests à petite échelle, et propose des pistes de continuation du travail

Among the microwave plasma torches, the axial injection torch (TIA) has been used for several years to create chemically active species, in applications such as gas analysis, surface processing and gaseous waste treatments. Our study concerns the energy transferred from the plasma created by the torch at atmospheric pressure, which finds its interest in particular in the heating of helium in a dirigible balloon to achieve its rise in altitude. The TIA allows the coupling of microwave energy (2.45 GHz) with a gas injected axially at the nozzle's exit. The TIA produces a non equilibrium plasma with a high luminosity and a maximum density of charged particles at the nozzle's exit. Our study involves both experiment and modelling of this torch in order to understand the distribution of the electromagnetic field, the flow of gas / plasma system and the plasma-to-gas heat transfer.Measurements by optical emission spectroscopy in argon and helium allowed to determine the gas temperature (1500K vs 3000 K) based on experimental conditions (flow, power). They were estimated by fitting the N2 ro-vibrational spectra obtained from air, using the SPECAIR software. The measurement of electron density (of about a few 10^14 cm^-3) was performed in a helium plasma by Stark broadening of the Hβ. Experiments have a double objective : to obtain input data for the model and to validate its results. Modelling uses two modules of the COMSOL Multiphysics software: (i) a 3D electromagnetic module, which solves Maxwell's equations, (ii) a 2D hydrodynamic module, which solves the Navier-Stokes equations for the gas / plasma system taking into account the ions. A plasma module, which solves the fluid equations for electrons and ions is in development This modelling succeeded in predicting temperatures similar to those obtained experimentally and showed the influence of plasma upon flow and the gas temperature and the efficiency of heat transfer from the plasma to the gas., Parmi les torches à plasma microonde, la torche à injection axiale (TIA) est utilisée depuis de nombreuses années pour créer des espèces chimiquement actives dans des applications comme l'analyse de gaz, les traitements de surface et les traitements d'effluents gazeux. Notre étude porte sur l'énergie transférée par le plasma créé par cette torche à pression atmosphérique, qui trouve son intérêt notamment dans le chauffage de l'hélium pour la montée en altitude d'un ballon dirigeable. La TIA permet de coupler de l'énergie microonde (2.45 GHz) à un gaz injecté axialement à la sortie d'une buse. La TIA donne lieu à un plasma hors équilibre thermodynamique formé d'un dard de forte luminosité, avec une densité maximale de particules chargées à la sortie de la buse. Notre étude porte sur l'expérience et la modélisation de cette torche pour comprendre la répartition du champ électromagnétique, l'écoulement du système gaz/plasma et le transfert de chaleur du plasma au gaz.Des mesures par spectroscopie optique d'émission dans l'argon et l'hélium ont permis de trouver les températures du gaz (1500 K vs 3000 K) en fonction des conditions expérimentales (débit, puissance). Elles ont été estimées en ajustant les spectres ro-vibrationnels de N2 obtenus à ceux issus du logiciel SPECAIR. La mesure de la densité électronique (de l'ordre de quelques 10^14 cm^-3) a été réalisée dans un plasma d'hélium par élargissement Stark de la raie Hβ. Ces mesures ont un double objectif : obtenir des données d'entrée au modèle et valider ses résultats.La modélisation se partage en deux modules réalisés avec le logiciel COMSOL Multiphysics: (i) un module électromagnétique 3D qui résout les équations de Maxwell, (ii) un module hydrodynamique 2D qui résout les équations de Navier-Stokes pour le système gaz/plasma en prenant en compte les ions. Un module plasma, en cours de développement, résoudra les équations fluides pour les électrons et les ions du plasma.Cette modélisation réussit à prédire des températures similaires à celles obtenues expérimentalement et a permis de montrer l'influence du plasma sur l'écoulement et la température du gaz ainsi que l'efficacité du transfert de chaleur du plasma au gaz.

My research topics deal essentially with development and application of simulation tools for water, mass and heat flow in aquifer structures. I try and give some elements to answer two very basic questions: what is inside a simulation tool, and what is it good for ? The main line of this report is twofold: - On the one hand, showing the perpetual and fruitful two-way exchange between the needs stemming from modeling a practical problem and the search for the best numerical techniques, in terms of efficiency but also of parsimony (looking for the simplest possible solution) - On the other hand, illustrating the increased understanding of flow mechanisms in aquifer structure, brought by modeling. In a search for the most efficient numerical methods, I have developed and tested various approaches, with a varying degree of success. I feel that this experience can be of some use for a modeler, and I developed some aspects of this work in the first part of this report. Three problems are presented: - Simulating sharp fronts while solving the dispersion equation: three formulations are proposed, using Spectral Elements, Discontinuous Elements and a Eulerian Lagrangian (ELLAM) approach. - Simulating flow in media with strongly varying hydraulic conductivity: a multigrid method has been developed. - Merging a densely discretized porous domain, or alternatively a fractured domain represented by a Discrete Fractures Network, into a regional flow model: two solutions are proposed, one based on Boundary Elements, one on Finite Elements In a second part I discuss some of my work related to code development, among which the development of the METIS code, which simulates flow, solute and heat transfer in a porous / fractured medium. I show on a few examples how the simulation tools are tuned to give to the modeler specific services which facilitate the building of an application and allow to extract therefrom as much information as possible. The tools I developed have been used for various applications, ranging from engineering studies such as flow through a dam to more academic subjects such as the behavior of natural tracers in large scale aquifer systems. I chose to show some of these applications, with emphasis on those which rested on a strong experimental support, in order to illustrate the whole modeling work from data analysis to simulation. This constitutes the third part of the report. A first series of examples deals with the simulation of natural tracers movement (noble gases) in two large aquifer systems (Paris Basin in France and Carrizo aquifer system in the USA). These examples show how modeling natural tracers permits to improve the robustness of identification of flow parameters (hydraulic conductivity), and thus to better quantify water fluxes. Natural tracers are further used to compute water ages, with interesting applications in the field of paleoclimatic reconstruction. My second example deals with the quantification of leakage flux through geotextiles used for isolation at the bottom of surface waste disposal sites. The system to be modeled is partly made of natural and partly of artificial material. A key feature is the very fine interface between the host medium and the geotextile. This work is based on a strong experimental program developed by CEMAGREF, and on a modeling work using the METIS code.; Le thème principal de mon travail de recherche est le développement et l'application d'outils de simulation des flux d'eau, de masse et d'énergie dans les structures aquifères. J'ai donc choisi de donner des éléments de réponse à deux questions très fondamentales: qu'y a-t-il dans un outil de simulation et à quoi cela sert-il ? Le fil conducteur de ce mémoire d'HDR est double: - D'une part, l'aller-retour entre les besoins nés de la modélisation d'un problème concret et la recherche des techniques numériques les plus adaptées en termes d'efficacité mais aussi de parcimonie (recherche de l'approche la plus simple possible) - D'autre part, l'illustration de la compréhension accrue des mécanismes d'écoulement dans les structures aquifères permise par la modélisation. Dans le souci d'identifier les méthodes numériques les plus performantes, j'ai été amené à développer et à tester différentes approches, avec des succès inégaux. Il me semble que cette expérience peut présenter une certaine utilité pour un modélisateur; c'est pourquoi j'en ai développé quelques aspects dans la première partie de ce mémoire. Trois problèmes sont abordés: - La simulation de fronts abrupts lors de la résolution de l'équation de la dispersion, pour lesquelles sont discutées principalement une discrétisation en Eléments Spectraux, une approche aux Eléments Finis discontinus et une approche ELLAM (Eulerian Lagrangian Localized Adjoint Method) - La simulation de l'écoulement (équation de la diffusivité) dans des milieux présentant des propriétés de perméabilité très fortement variables dans l'espace: une méthode de résolution par cycles multigrilles a été développée - L'immersion de domaines poreux finement discrétisés, ou encore de domaines fracturés schématisés par un Réseau de Fractures Discrètes, dans un modèle d'écoulement régional: deux solutions sont proposées, l'une faisant appel à la méthode des Eléments Frontières, l'autre à une discrétisation en Eléments Finis. Dans une deuxième partie, j'évoque mes travaux en matière de développement logiciel, entre autres le développement du code de simulation METIS, qui représente l'écoulement et le transport de masse et d'énergie en milieu poreux et / ou fracturé. Ceci me permet d'illustrer sur quelques exemples comment les outils de simulation s'ajustent pour offrir au modélisateur des fonctionnalités spécifiques qui rendent plus aisée la mise en place d'une modélisation ou qui enrichissent les informations que l'on peut en tirer. Les outils que j'ai développés ont été utilisés pour des applications variées, allant de problèmes d'ingénierie très concrets comme la description des écoulements à travers une digue vers des problèmes plus "amont" comme la circulation de traceurs naturels dans les grandes structures aquifères. J'ai choisi de présenter certaines de ces applications, en sélectionnant celles qui reposaient sur un support expérimental, ce qui me permet d'illustrer la démarche de modélisation depuis l'analyse des données jusqu'à la simulation. C'est l'objet de la troisième partie de ce mémoire. Une première série d'exemples concerne la simulation du transport de traceurs naturels (gaz rares en particulier) dans deux grands bassins sédimentaires (Bassin Parisien et Système aquifère du Carrizo aux USA). Ces exemples montrent comment la modélisation des traceurs naturels permet d'aider à lever les indéterminations existant sur les paramètres d'écoulement (perméabilité), et d'améliorer ainsi la connaissance des flux d'eau. Les traceurs naturels sont également utilisés pour déterminer l'âge des eaux, ce qui ouvre la possibilité de reconstitutions paléoclimatiques. Le second exemple concerne l'évaluation des débits de fuite à travers les géomembranes disposées au fond des installations de stockage de déchets. Ceci impose entre autres de décrire l'écoulement de fluide dans un système composé pour partie de matériaux naturels et pour partie de matériaux artificiels. Un élément déterminant dans la géométrie des écoulements est l'espace mince qui sépare le terrain d'accueil de la géomembrane. Ce travail s'appuie sur un support expérimental important développé au CEMAGREF,et sur une modélisation grâce au code METIS.

My research topics deal essentially with development and application of simulation tools for water, mass and heat flow in aquifer structures. I try and give some elements to answer two very basic questions: what is inside a simulation tool, and what is it good for ? The main line of this report is twofold: - On the one hand, showing the perpetual and fruitful two-way exchange between the needs stemming from modeling a practical problem and the search for the best numerical techniques, in terms of efficiency but also of parsimony (looking for the simplest possible solution) - On the other hand, illustrating the increased understanding of flow mechanisms in aquifer structure, brought by modeling. In a search for the most efficient numerical methods, I have developed and tested various approaches, with a varying degree of success. I feel that this experience can be of some use for a modeler, and I developed some aspects of this work in the first part of this report. Three problems are presented: - Simulating sharp fronts while solving the dispersion equation: three formulations are proposed, using Spectral Elements, Discontinuous Elements and a Eulerian Lagrangian (ELLAM) approach. - Simulating flow in media with strongly varying hydraulic conductivity: a multigrid method has been developed. - Merging a densely discretized porous domain, or alternatively a fractured domain represented by a Discrete Fractures Network, into a regional flow model: two solutions are proposed, one based on Boundary Elements, one on Finite Elements In a second part I discuss some of my work related to code development, among which the development of the METIS code, which simulates flow, solute and heat transfer in a porous / fractured medium. I show on a few examples how the simulation tools are tuned to give to the modeler specific services which facilitate the building of an application and allow to extract therefrom as much information as possible. The tools I developed have been used for various applications, ranging from engineering studies such as flow through a dam to more academic subjects such as the behavior of natural tracers in large scale aquifer systems. I chose to show some of these applications, with emphasis on those which rested on a strong experimental support, in order to illustrate the whole modeling work from data analysis to simulation. This constitutes the third part of the report. A first series of examples deals with the simulation of natural tracers movement (noble gases) in two large aquifer systems (Paris Basin in France and Carrizo aquifer system in the USA). These examples show how modeling natural tracers permits to improve the robustness of identification of flow parameters (hydraulic conductivity), and thus to better quantify water fluxes. Natural tracers are further used to compute water ages, with interesting applications in the field of paleoclimatic reconstruction. My second example deals with the quantification of leakage flux through geotextiles used for isolation at the bottom of surface waste disposal sites. The system to be modeled is partly made of natural and partly of artificial material. A key feature is the very fine interface between the host medium and the geotextile. This work is based on a strong experimental program developed by CEMAGREF, and on a modeling work using the METIS code.; Le thème principal de mon travail de recherche est le développement et l'application d'outils de simulation des flux d'eau, de masse et d'énergie dans les structures aquifères. J'ai donc choisi de donner des éléments de réponse à deux questions très fondamentales: qu'y a-t-il dans un outil de simulation et à quoi cela sert-il ? Le fil conducteur de ce mémoire d'HDR est double: - D'une part, l'aller-retour entre les besoins nés de la modélisation d'un problème concret et la recherche des techniques numériques les plus adaptées en termes d'efficacité mais aussi de parcimonie (recherche de l'approche la plus simple possible) - D'autre part, l'illustration de la compréhension accrue des mécanismes d'écoulement dans les structures aquifères permise par la modélisation. Dans le souci d'identifier les méthodes numériques les plus performantes, j'ai été amené à développer et à tester différentes approches, avec des succès inégaux. Il me semble que cette expérience peut présenter une certaine utilité pour un modélisateur; c'est pourquoi j'en ai développé quelques aspects dans la première partie de ce mémoire. Trois problèmes sont abordés: - La simulation de fronts abrupts lors de la résolution de l'équation de la dispersion, pour lesquelles sont discutées principalement une discrétisation en Eléments Spectraux, une approche aux Eléments Finis discontinus et une approche ELLAM (Eulerian Lagrangian Localized Adjoint Method) - La simulation de l'écoulement (équation de la diffusivité) dans des milieux présentant des propriétés de perméabilité très fortement variables dans l'espace: une méthode de résolution par cycles multigrilles a été développée - L'immersion de domaines poreux finement discrétisés, ou encore de domaines fracturés schématisés par un Réseau de Fractures Discrètes, dans un modèle d'écoulement régional: deux solutions sont proposées, l'une faisant appel à la méthode des Eléments Frontières, l'autre à une discrétisation en Eléments Finis. Dans une deuxième partie, j'évoque mes travaux en matière de développement logiciel, entre autres le développement du code de simulation METIS, qui représente l'écoulement et le transport de masse et d'énergie en milieu poreux et / ou fracturé. Ceci me permet d'illustrer sur quelques exemples comment les outils de simulation s'ajustent pour offrir au modélisateur des fonctionnalités spécifiques qui rendent plus aisée la mise en place d'une modélisation ou qui enrichissent les informations que l'on peut en tirer. Les outils que j'ai développés ont été utilisés pour des applications variées, allant de problèmes d'ingénierie très concrets comme la description des écoulements à travers une digue vers des problèmes plus "amont" comme la circulation de traceurs naturels dans les grandes structures aquifères. J'ai choisi de présenter certaines de ces applications, en sélectionnant celles qui reposaient sur un support expérimental, ce qui me permet d'illustrer la démarche de modélisation depuis l'analyse des données jusqu'à la simulation. C'est l'objet de la troisième partie de ce mémoire. Une première série d'exemples concerne la simulation du transport de traceurs naturels (gaz rares en particulier) dans deux grands bassins sédimentaires (Bassin Parisien et Système aquifère du Carrizo aux USA). Ces exemples montrent comment la modélisation des traceurs naturels permet d'aider à lever les indéterminations existant sur les paramètres d'écoulement (perméabilité), et d'améliorer ainsi la connaissance des flux d'eau. Les traceurs naturels sont également utilisés pour déterminer l'âge des eaux, ce qui ouvre la possibilité de reconstitutions paléoclimatiques. Le second exemple concerne l'évaluation des débits de fuite à travers les géomembranes disposées au fond des installations de stockage de déchets. Ceci impose entre autres de décrire l'écoulement de fluide dans un système composé pour partie de matériaux naturels et pour partie de matériaux artificiels. Un élément déterminant dans la géométrie des écoulements est l'espace mince qui sépare le terrain d'accueil de la géomembrane. Ce travail s'appuie sur un support expérimental important développé au CEMAGREF,et sur une modélisation grâce au code METIS.

A major proportion of flow in the Indus river is contributed by its snow and glacier-fed river catchments situated in the central Karakoram ranges in the northern areas of Pakistan. It is therefore essential to better understand the hydro-meteorological observations in this mountainous area for water resources management. The MODIS MOD10A2 remote-sensing database of snow cover products from march 2000 to december 2009 was selected to analyse the snow cover changes in the Hunza river basin (mean hypsometric elevation = 4631 m) (situated in the central Karakoram). A database of daily flows for the Hunza river at Dainyor bridge over a period of 40 years and climate data (precipitation and temperature) of the catchment for 12 years was made available to investigate the hydrological regimes in the area. The Snowmelt-Runoff Model (SRM) was tested for runoff simulations in the catchment, keeping in mind that application of the SRM is based on snow cover remote-sensing data as the key information. The results obtained suggest that the SRM integrated with remotely sensed MODIS data can be used efficiently for hydrological modeling in the snow- and glacier-fed catchments of central Karakoram region.

The high level of traffic demand, the significant number of players involved and the close-knit relationships between road networks make road traffic a complex area to study. Network congestion is an increasingly common phenomenon that is directly perceived by the general public, insofar as many users have personal experience of it. This explains why traffic theoreticians have been trying to gain a better, quantified understanding of the mechanisms in operation for the past 50 years or so. This publication aims to provide an accessible review of the subject at this point. Firstly, it sets out the different variables used to characterise the progress of vehicles along a thoroughfare, and secondly the fundamental relationships between some of these variables. By way of illustration, this is followed by a number of simple calculations for estimating the time taken to get through a traffic jam. The next section looks at the concepts of cumulative flows and journey times, whilst the last chapter deals with the problem of interconnected networks and calculations relating to spatio-temporal changes in congestion. Finally, there are a number of appendices, with a series of exercises and suggested answers, a French-English glossary and a bibliography. This publication is aimed primarily at professionals dealing with the problems of congestion, whether as operators of urban, suburban or interurban transport networks, or heading up research into the design of new infrastructure or improving the operation of existing infrastructure. It may also be of interest to undergraduate and Masters students, particularly those studying engineering., Le niveau éleÎ de la demande de trafic, le nombre important d'acteurs concernés, ainsi que le maillage des réseaux viaires, contribuent à faire du trafic routier un domaine d'études complexe. La congestion des réseaux est un phénomène de plus en plus courant, et directement perceptible par le grand public, car elle est subie par de nombreux usagers. C'est pourquoi, depuis une cinquantaine d'années, des théoriciens du trafic cherchent à mieux comprendre et à quantifier les mécanismes à l'oeuvre. Le présent ouvrage tente de faire le point, de manière accessible, sur le sujet. Il présente en premier lieu les différentes variables qui permettent de caractériser la progression des Îhicules sur une voie, puis la relation fondamentale qui permet de relier certaines de ces variables. À titre d'illustration, quelques calculs simples, permettant d'estimer le temps de traversée d'un bouchon, sont ensuite fournis. Les notions de débits cumulés et de temps de parcours sont ensuite abordées. La problématique des réseaux maillés, ainsi que les calculs d'évolution spatio-temporelle de la congestion terminent l'ouvrage, qui est par ailleurs complété par plusieurs annexes (série d'exercices avec leurs corrigés, glossaire français -anglais et bibliographie).

Ce rapport présente le travail effectué au sein de l’UMR EMMAH à Avignon sur le code éléments finis Fafemo. Ce code donne une solution numérique des équations non linéaires de Richards traduisant les écoulements dans les milieux poreux non saturés. J’ai d’abord amélioré le code séquentiel en utilisant des méthodes itératives pour résoudre les systèmes linéaires creux (PETSc) et le mailleur Gmsh. Les coûts de calcul ont été significativement réduis. Cependant, l’objectif principal de ce stage a été de concevoir une version parallèle et efficace de Fafemo. J’ai effectué les tests de cette version parallèle sur deux clusters (Migale et Jade, le plus puissant cluster français). Ce travail a permis de faire un premier pas vers la modélisation du comportement de milieux poreux fortement hétérogènes comme les substrats des toitures terrasses végétalisées, This manuscrit presents the work done on Fafemo software based on finite element methods at the EMMAH laboratory in Avignon. This software gives us numerical solutions of Richards non linear equations for water flow in unsaturated porous media. First I improved the software using iterative methods to solve sparse linear systems (PETSc) and Gmsh as mesher. Computational costs have been significantly reduced. But the main goal of this training course was to develop a parallel version of Fafemo. This version was tested on Migale and Jade (the most powerful French cluster). This works leads to a first step in simulating water flow in heterogeneous ground with application to green roofs

Hydrodynamic, hydrochemical and biological investigations were held over the Hydrogeological Experimental Site (HES) in Poitiers for the purpose of pre-identifying how a denitrification pilot plant may work in a karstified aquifer. The characterization of flow settings and geometry by water temperature loggings shows for both ambient and forced flow conditions that there exist some preferential connections between karstified layers. Even with complex flow geometry, the connectivity between wells is high; to the point mass tracer restitutions between wells may reach 90%. The existence of denizen heterotrophic denitrifying bacteria is proved. Without external stimulations, the bacterial consortium is however inactive. Thus, contrasts in nitrate concentrations would be explained by various dilution rates between waters of different origins. Stimulation of denitrifying bacteria was performed in an ex-situ lab-experiment. Transport experiments in columns allow proposing different homogenized models for both transport and denitrification by a biofilm phase. The development of biofilm in a porous medium generates local heterogeneity with multiple porosities, thus yielding contrasted fluid velocities. A double continuum (rapid versus slow) seems to be a relevant assumption for interpreting column tracer tests and could be tractable for applications at the site scale. Grounded on data from ex-situ experiments, the calibrated first-order kinetics mimicking the denitrification process is independent from experimental hydrodynamic settings. To validate all these results, it urges now going farther and to proceed with a transport experiment between a doublet of wells of the HES., Pour pré-identifier le fonctionnement d'un pilote de dénitrification au sein d'un aquifère karstifié, des investigations hydrodynamiques, hydrochimiques et biologiques ont été menées sur le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers. La caractérisation de la géométrie des écoulements par mesures de température conclut, en ambiant et en pompage, à l'existence de connexions préférentielles entre les plans karstiques. Malgré ces écoulements complexes, la connectivité entre les puits est élevée avec une restitution de soluté pouvant atteindre 90 %. La présence de bactéries dénitrifiantes hétérotrophes autochtones est vérifiée. Sans stimulation exogène, ces bactéries sont inactives au droit du SEH. Les contrastes de concentrations en nitrates s'expliqueraient alors par des processus de dilution entre masses d'eaux, l'écoulement divergent régional et les activités anthropiques dans la zone de recharge de la nappe. La stimulation des bactéries dénitrifiantes sur un pilote ex situ implanté sur le SEH permet de proposer des modèles homogénéisés de transport intégrant les effets de dénitrification en présence d'un biofilm. L'implantation du biofilm dans le milieu génère un système hétérogène à porosités multiples caractérisé par une forte variabilité des vitesses d'écoulement. Le modèle double continuum écoulement rapide vs. écoulement lent testé pour expliquer cette hétérogénéité semble le plus à même d'être transposé à l'hydrodynamique du SEH. Sur le pilote ex situ, la cinétique d'ordre 1 mimant la dénitrification est indépendante des conditions hydrodynamiques. Il importe maintenant de conduire l'expérience à l'échelle d'un doublet de puits pour valider ces résultats.

Diplôme : Master; Sur les surfaces agricoles, le ruissellement des eaux de pluie n'est pas sans poser des problèmes de conservation des ressources environnementales (érosion des sols, baisse de la qualité des eaux, ...) et peut également engendrer des coulées boueuses pouvant affecter les biens et les personnes. Afin de rationaliser l'aménagement du territoire en contexte agricole, il est donc nécessaire de pouvoir prédire efficacement la direction des écoulements de surface en fonction des paramètres caractérisant le phénomène physique.

Thèse en cotutelle avec la Katholieke Universiteit Leuven (Belgique); The Albanian fold-and-thrust belt is well documented by means of seismic reflection profiles, potential data, wells and outcrops. The continuous Oligocene to Plio-Quaternary sedimentary records help to constrain the burial history of Mesozoic carbonate reservoirs, the deformation timing and the coupled fluid flow and diagenetic scenarios. The fracturing of the reservoir intervals has a pre-folding origin and relates to the regional flexuring in the foreland. The first cement has a meteoric origin, implying downward migration and the development of an earlier forebulge in the Ionian Basin. This fluid is highly enriched in strontium, attesting for important fluid-rock interaction with the Triassic evaporites located in diapirs. From this stage, the horizontal tectonic compression increases and the majority of the fluid migrated under high pressure, characterised by crack-seal vein. The tectonic burial increased due to the overthrusting, pointed out by the increase of the precipitation temperature of the cements. Afterwards, up- or downward migration of sulphate rich fluids allows a precipitation in thermal disequilibrium. This period corresponds to the onset of the thrusting in the Ionian Zone. The last stage characterised the uplift of the Berati belt, developing a selective karstification due to the circulation of meteoric fluid. The main results of the fluid flow modelling show that the Upper Cretaceous-Paleocene carbonate reservoirs in the Ionian zone have been charged from the Tortonian onward. Concerning the migration paths, the thrusts act principally as flow barriers in Albania, mainly due the occurrence of evaporites, except in the foreland, where they do not occur.; En Albanie méridionale, les niveaux carbonatées d'âge Crétacé supérieur - Paléocène situés dans la chaîne plissée d'avant-pays des Albanides représentent le principal réservoir producteur en Méditerranée centrale. Dans ces zones complexes, les risques de destruction de la porosité et de la perméabilité des réservoirs sont accrus en raison de la possibilité de fortes circulations de fluides, de la compaction due aux profondeurs atteintes par le réservoir, des contraintes compressives et aux comportements des failles. Les principaux résultats de cette étude ont montré que la fracturation des niveaux réservoirs a une origine pré-plissement, associée à la flexure de l'avant-pays. La première phase de cimentation enregistrée a une signature météorique, impliquant des circulations de fluides descendantes et le développement d'un bombement précoce dans le Bassin Ionien. Ce fluide, fortement enrichi en strontium, atteste de la présence d'importantes interactions fluide-roche avec les évaporites du Trias localisées au niveau des diapirs. Puis, une augmentation de la contrainte compressive horizontale entraîne la migration de fluide en surpression et le développement d'une fracturation hydraulique. L'amorce des chevauchements se traduit par une augmentation rapide de l'enfouissement tectonique, déterminée par la hausse des températures de précipitation des ciments carbonatés. A ce moment, des circulations de fluides ascendantes ou descendantes, riches en sulfate, sont enregistrés. L'étape finale enregistrée se caractérise par le soulèvement de l'unité de Berati, permettant le développement d'une karstification sélective due à la circulation de fluide météorique.

The paper presents a simplified model called PESTDRAIN. It simulates pesticide transport in a subsurface tile-drained field. It computes surface runoff and tile-drainage flow rates, along with the associated pesticide concentrations, with a variable event-driven time step. PESTDRAIN consists of three coupled modules: SIDRA, SIRUP and SILASOL. SIDRA and SIRUP are the water flow simulation modules in the saturated and unsaturated zones, respectively. SIDRA follows a simplified physically based approach while SIRUP follows a conceptual capacitive approach. SILASOL is the solute transport module for both the saturated and unsaturated zones and is based on transfer functions. It includes simple representations of adsorption and degradation of pesticides. PESTDRAIN was tested on field data sets collected for three drainage seasons at the La Jailliere experimental site in north-western France, for the wheat herbicides isoproturon (IPU) and diflufenican (DFF). After model calibration, relative errors for drainage and surface runoff flows over the season were 14% and 4%, respectively, and the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient ( N eff ) value for drainage discharge was 0.58. A fair reproduction of a high temporal resolution IPU concentration data set in drainage discharge was also obtained ( N eff = 0.28 ). For the validation data sets, PESTDRAIN was able to simulate accurately drainage discharge with Nash–Sutcliffe efficiency coefficients of 0.57 and 0.69. The global N eff was 0.44 for all flow-weighted average weekly concentrations in drainage. Relative errors for the pesticide losses were 2.5% and 35% (IPU), and 60% (DFF). For surface runoff the results were not as accurate, but they remained correct in terms of time location and order of magnitude. Although further validation is necessary with more field data, PESTDRAIN appears as a promising tool for agricultural water management.

This manuscript is devoted to an investigation of various aspects of modelization with the approach of Lattice Boltzmann Equation - hydrodynamic and anisotropic advection-diffusion equations, directional finite-difference recurrence equations (equivalents to LBE schemes) and the links between their solutions and infinite Chapman-Enskog expansion, consistent models for microscopic and macroscopic flow and their coupling in porous media, two phase immiscible fluids and free interface flow, water behaviour in variably saturated soil combining theoretical and numerical tools. Argument of symmetry with respect to underlying velocity set guides our analysis beyond the second order. We find that certain magic combinations of relaxation parameters, related to hydrodynamic and kinetic collision modes, take a control over the localisation of boundaries and interfaces, impact the stability and truncation errors of the model, and, more generally, determine the exact parametrization of the modelled equations by the governing non-dimensional physical numbers, at least in stationary regime. Two-relaxations-time model, with one relaxation parameter for all symmetric and another one for all anti-symmetric collision modes, play a distinctive role in our study. / Ce manuscrit est consacré à l'étude de divers aspects de la modélisation par la méthode de Boltzmann sur réseau les équations hydrodynamiques et d'advection diffusion anisotrope, les équations des différences-finies de récurrence (équivalentes au schéma de Boltzmann) et les liens entre leurs solutions exactes et la série infinie de Chapman-Enskog, les modèles cohérents pour un écoulement microscopique et macroscopique et leur couplage dans un milieux poreux, les fluides immiscibles à deux phases et à l'interface libre, l'écoulement d'eau dans un sol variablement saturé, en combinant approches analytiques et simulations numériques. Guidé par un argument simple de symétrie, notre analyse a pu être poursuivie au delà du second ordre requis pour l'obtention des équations macroscopiques. Cela nous a permis de découvrir que certaines combinaisons magiques de paramètres hydrodynamiques et cinétiques (libres) non seulement contrôlent la localisation des parois et des interfaces, mais influencent également la stabilité du modèle LBE et ses erreurs de troncature et, plus généralement, déterminent la paramétrisation exacte des équations modélisées par les nombres physiques sans dimension, au moins dans en régime stationnaire. Le modèle à deux temps de relaxation, un pour tous les modes symétriques de l'opérateur de collision et un autre pour tous ces modes antisymétriques, joue un rôle central dans nos études et permet de trouver des élèments de réponse à ces questions et à d'autres semblables.

Cette étude s'inscrit dans le cadre du programme international AMMA. Ce programme a pour but de comprendre les interactions complexes entre l'atmosphère, la biosphère et l'hydrosphère dans le système de la mousson ouest africaine, leur variabilité à différentes échelles spatio-temporelles, et d'évaluer leur impact sur la ressource en eau, l'agriculture et la santé. Cette étude concerne le bassin de la haute vallée de l'Ouémé, 14 400 km2 au Bénin, instrumenté (pluie, débit) depuis 1997. Cette étude vise à identifier l'origine des écoulements en utilisant une méthode de séparation d'hydrogrammes fondée sur la composition chimique des eaux, mais aussi à procéder à l'analyse des facteurs modulant la relation pluie débit en prenant en compte les données chimiques du bassin, les données de couverture végétale et les données d'écoulement. L'étude vise à évaluer sur un plus grand nombre de bassins et sur un domaine plus étendu, la validité des hypothèses de fonctionnement tirées d'études antérieures sur le bassin de la Donga (600 km2) au Bénin.K Les résultats montrent que les écoulements en rivière, trouvent principalement leur origine dans les apports des nappes temporaires de subsurface, les apports d'eau plus profonde étant négligeables. Cette étude, outre la compréhension du fonctionnement hydrogéochimique du bassin, s'insère dans une perspective d'amélioration des modèles hydrologiques par l'implémentation des processus majeurs mis en évidence. (Résumé d'auteur)

Modélisation des écoulements et du transport dans les milieux fortement hétérogènes et fracturés

National audience; La fabrication en continu de semi-produits ou de produits finis de section constante (plaques, feuilles, films, tubes, profilés...) par extrusion à travers une filière est de loin le procédé de transformation des matières plastiques le plus répandu. En 2001, par exemple, le tonnage de matières transformées par extrusion en France s'est élevé à 2,1 millions de tonnes, soit 47 % de la consommation totale de produits thermoplastiques. Par ordre d'importance décroissante, toujours en tonnage de matière transformée, les différents produits concernés par ce procédé sont : - les films soufflés : principalement des polyéthylènes (PE-BD, PE-BDL, PE-HD) et, en particulier, depuis une dizaine d'années, les nouveaux polyéthylènes métallocènes ; - les feuilles et plaques : PVC, polypropylène, polystyrène ; - les tubes : presque exclusivement du PVC, avec un peu de polyéthylène (principalement haute densité), mais aussi du polyamide et des silicones ; - les profilés : principalement du PVC ; - enfin, les isolations de câbles électriques ou téléphoniques : PVC, polyéthylène basse densité et formulations spécifiques fortement chargées. Une ligne d'extrusion est généralement constituée des éléments suivants : - une extrudeuse, monovis ou bivis, qui permet de fondre ou de plastifier le polymère, de le mettre en pression, et de fournir un débit de matière régulier, à une température aussi homogène que possible ; - la filière, de géométrie plus ou moins complexe, qui donne au produit la forme requise. À la sortie de la filière, le produit peut subir éventuellement d'autres traitements mécaniques (conformation, étirage, soufflage...), tout en étant refroidi, puis conditionné.

Le système de Saint-Venant est un modèle courant pour la simulation du ruissellement. Nous avions un code pour la simulation des écoulements monodimensionnels en langage fortran, basé sur un schéma équilibre. Ce code avait été validé sur divers cas test aussi bien analytiques qu'expérimentaux. Cependant, ce code était mal structuré et pas modulaire, rendant di cile son évolution. Dans ce stage, nous avons réalisé un code de ruissellement en c++. Tout d'abord développé en une dimension, nous avons ensuite développé un code simulant le ruissellement sur une surface. Une analyse du modèle mathématique nous a permis d'identi er les contraintes de programmation auxquelles nous allions être confront ées. Les simulations issues du programme en c++ 1d ont été comparées aux simulations du programme fortran. Il reste quelques di érences à expliquer dans les résultats avant que le code c++ 1d puisse être considéré comme validé. Les corrections à apporter au code c++ 1d s'appliqueront directement au code c++ 2d., Shallow water system is a typical model for the simulation of overland ow. We had a 1d fortran program to simulate one dimension ow, based on a well-balanced method. This code was validated on several analytical and experimental test cases. Nevertheless, this code was ill-structured and did not allow for the development of modules. As such this code became di cult to develop further. During this internship, we developed a c++ code for overland ow. First developed in one dimension, with then develop a code simulating the overland flow over a surface. An analysis of the mathematical model allowed us to point out the programming constraints that we will have to face. Simulations based on the c++ 1d program were compared with the simulations of the fortran program. Some differences in the results remaind to be explained before the c++ 1d code could be considered as validated. The changes carried out on the c++ 1d code will be directly implemented into the c++ 2d code.

L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier l'effet de l'hétérogénéité du milieu poreux et de la stratification sur l'écoulement et le transfert colloïdal par des expériences de traçage non réactif et d'injection d'une suspension colloïdale en colonnes de laboratoire. Cette étude a été appliquée à des milieux à double porosité naturelle (milieu granulaire) et artificielle (sable avec macropore artificiel) en conditions saturées et non saturées. L'effet de la stratification de deux milieux a été étudié par amendement avec un géotextile. La modélisation numérique a été utilisée pour proposer et valider un modèle conceptuel d'écoulement et de transfert dans un milieu sableux rendu hétérogène par introduction d'un macropore artificiel ainsi qu'un modèle d'influence de la stratification. Les résultats expérimentaux et la modélisation ont permi de mettre en évidence l'effet de la stratification comme réducteur du rôle joué par la macroporosité. Alors qu'en conditions non saturées, la stratification n'induit aucune modification de l'écoulement, en saturé, elle réduit les écoulements et les transferts préférentiels au sein de la macroporosité en favorisant la redistribution de l'eau et des solutés de la macroporosité vers la microporosité au droit de la strate. Une des applications pratiques de ce travail concerne la réduction du transfert colloïdal, potentiellement vecteur de pollution, par l'introduction de géotextiles dans le sol des bassins d'infiltration.