Dissertations / Theses: 'Physique des Systèmes Complexes'

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Karsai, Marton. "Comportement coopératif dans des systèmes complexes." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10072.

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Abstract:

Ma motivation lors de mon doctorat fut d'examiner le comportement coopératif dans des systèmes complexes en utilisant les méthodes de la physique statistique et de l'informatique. Le but de mon travail fut d'étudier le comportement critique des systèmes à N corps durant leurs transitions de phase et de décrire de façon analytique leurs caractéristiques universelles, au moyen de calculs numériques. Afin d'y arriver j'ai effectué des études dans quatre sujets différents qui sont présentés dans la dissertation de la manière suivante. Après une brève introduction, j'ai résumé les points capitaux en relation avec les résultats théoriques. J'ai brièvement abordé le sujet des transitions de phase et des phénomènes critiques, de même que la théorie des classes d'universalité et des exposants critiques. Ensuite j'ai introduit les modèles statistiques important qui sont examinés plus tard dans la thèse et j'ai donné une petite description des modèles désordonnés. Dans le chapitre suivant, j'ai tout d'abord mis en avant les définitions de la théorie des graphes dont j'ai eu besoin pour introduire les structures géométriques appliquées et j'ai passé en revue les principales propriétés des réseaux régulières et j'ai défini les conditions de bord généralement utilisées. J'ai terminé ce chapitre avec une petite introduction sur les réseaux complexes. Le chapitre suivant contient les méthodes numériques appliquées que j'ai utilisées au cours des études numériques. J'ai écrit quelques mots sur les méthodes de Monte-Carlo et j'ai introduit l'algorithme d'optimisation combinatoire utilisé, et ses justifications mathématiques. Pour terminer j'ai décrit mes propres techniques pour générer des réseaux sans échelle. Suite à cette introduction théorique les résultats scientifiques ont été présentés de la manière suivante. Le 1er sujet auquel je me suis intéressé est une étude des transitions de phase hors équilibre dans les réseaux sans échelle de longueur, où la distribution des connectivités était ajustée, de telle façon qu'une transition de phase puisse être réalisée même dans les réseaux réalistes ayant un degré exposant γ ≤ 3. Le système hors équilibre étudié était le "contact process" qui est un modèle de réaction-diffusion appartenant à la classe d'universalité de la percolation dirigé. Le deuxième problème que j'ai étudié fut le modèle de Potts aléatoire ferromagnétique avec de grandes valeurs de q sur des réseaux évolutifs sans échelle. Ce problème est équivalent à un problème de coopération optimale, où les agents essaient de trouver une situation optimale, où les bénéfices de coopération de paire (ici les couplages de Potts) et la somme totale du support, qui est la même pour tous les projets (introduite ici comme la température), sont maximisés. Une transition de phase apparaît dans le système entre un état où tous les agents sont corrélés, et un état désordonné à haute température. J'ai examiné ce modèle en utilisant un algorithme d'optimisation combinatoire sur les réseaux de Barabási-Albert sans échelle de longueur avec des couplages homogènes et aussi avec des couplages pondérés par des variables aléatoires indépendantes, suivant une distribution quasi-continue avec différents intensité de désordre. Le troisième problème examiné fut en rapport également avec le modèle de Potts ferromagnétique aléatoire à grand nombre d'états. J'ai examiné la densité critique des amas qui touchent l'un ou l'autre des bords dans une géométrie rectangulaire. Conformément à une prédiction de la théorie conforme je me suis attendu au même comportement que celui dérivé exactement pour la percolation critique dans des bandes infinies. J'ai calculé des moyennes à l'aide de l'algorithme d'optimisation combinatoire mentionné ci-dessus et j'ai comparé les moyennes numériques aux courbes théoriques attendues. Le dernier problème que j'ai étudié fut le modèle antiferromagnétique d'Ising bidimensionnel sur réseau triangulaire à température zéro en l'absence de champ extérieur. Ce modèle a été intensément étudié au cours des deux dernières décennies, dans la mesure où il montre les caractéristiques exotiques à l'équilibre due à la frustration géométrique. Cependant des explications contradictoires ont été publiées dans la littérature à propos du comportement dynamique en hors équilibre, suivant qu'il était caractérisé par une croissance diffusive avec correction logarithmique ou par une dynamique sous diffusives avec des exposants effectifs. Mon but fut de trouver des preuves indépendantes pour l'une des explications et d'examiner le comportement dynamique dans le régime de vieillissement
My motivation during my PhD studies was to examine cooperative behaviour in complex systems using the methods of statistical and computational physics. The aim of my work was to study the critical behaviour of interacting many-body systems during their phase transitions and describe their universal features analytically and by means of numerical calculations. In order to do so I completed studies in four different subjects which are presented in the dissertation as follows. After a short introduction I summarized the capital points of the related theoretical results. I shortly discussed the subjects of phase transitions and critical phenomena and briefly wrote about the theory of universality classes and critical exponents. Then I introduced the important statistical models which were examined later in the thesis and I gave a short description of disordered models. In the next chapter first, I pointed out the definitions of graph theory that I needed to introduce the applied geometrical structures and I reviewed the main properties of regular lattices and defined their general used boundary conditions. I closed this chapter with a short introduction to complex networks. The next chapter contains the applied numerical methods that I used in the course of numerical studies. I write a few words about Monte Carlo methods and introduce a combinatorial optimization algorithm and its mathematical background. As a last point I describe my own techniques to generate scale-free networks. Following this theoretical introduction the obtained scientific results were presented in the following way. My first investigated subject was a study of non-equilibrium phase transitions in weighted scale-free networks where I introduced edge weights and rescaled each of them by a power of the connectivities, thus a phase transition could be realized even in realistic networks having a degree exponent γ ≤ 3. The investigated non-equilibrium system was the contact process which is a reaction-diffusion model belonging to the universality class of directed percolation. This epidemic spreading model presents a phase transition between an infected and a recovered state ordered by the ration of the recovering and infecting probability. The second problem I investigated was the ferromagnetic random bond Potts model with large values of q on evolving scale-free networks. This problem is equivalent to an optimal cooperation problem, where the agents try to find an optimal situation where the benefits of pair cooperation (here the Potts couplings) and total sum of the support, which is the same for all projects are maximized. A phase transition occurs in the system between a state when each agents are correlated and a high temperature disordered state. I examined this model using a combinatorial optimization algorithm on scale-free Barab ́si-Albert networks with homogeneous couplings and when the edge weights were a independent random values following a quasi-continuous distribution with different strength of disorder. The third examined problem was related to the large-q sate random bond Potts model also. Here I examined the critical density of clusters which touched a certain border of a perpendicular strip like geometry. Following from conformal prediction I expected the same density behavior as it was exactly derived for critical percolation in infinite strips. I calculated averages by the above mentioned effective combinatorial optimization algorithm and I compared the numerical means to the expected theoretical curves. The last investigated problem was the antiferromagnetic Ising model on two-dimensional triangular lattice at zero temperature in the absence of external field. This model was intensively studied during the last few decades, since it shows exotic features in equilibrium due to its geometrical frustration. However contradictory explanations were published in the literature about its non-equilibrium dynamical behaviour as it was characterized by a diffusive growth with logarithmic correction or by a sub-diffusive dynamics with effective exponents. My aim was to find independent evidences for one of the explanation and examine the dynamical behavior in the aging regime

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Verbavatz, Vincent. "Modélisation des systèmes urbains." Thesis, université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASP066.

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Abstract:

Les villes étonnent, surprennent et intéressent une communauté scientifique large et ancienne d'économistes, de sociologues, de géographes et d'historiens dans laquelle les physiciens et les mathématiciens trouvent aussi leur place. Les villes étonnent d'abord parce qu'elles existent, ce qui n'a rien d'évident et traduit le fait, essentiel, d'un intérêt des individus à se regrouper. Les villes surprennent ensuite parce qu'elles se ressemblent à travers le monde malgré la multiplicité des individualités qui les sous-tendent. Les villes intéressent enfin parce qu'elles se développent au point d'être devenues majoritaires sur Terre et que leur bonne compréhension est devenue un enjeu global.La curiosité du phénomène urbain et les similitudes empiriques entre les villes du monde invitent à y rechercher des causes communes : c'est là le fondement d'une science des villes dont notre thèse procède. Ce travail, quantitatif, est unique dans sa méthode, issue de la physique statistique, mais triple dans son objet. Il s'intéresse en effet à la démographie urbaine, variable-mère des systèmes urbains, dont il étudie autant la répartition statique que l'évolution dynamique, proposant une nouvelle loi de la croissance urbaine ; aux dynamiques sociales dans les villes, caractéristiques des interactions économiques entre les individus et des dynamiques de ségrégation ou de gentrification que nous cherchons à quantifier ; aux transports urbains enfin, matrices d'existence des villes, dont la dualité entre transports particuliers et transports en commun a des conséquences environnementales et économiques non triviales dont nous proposons de dégager la bonne compréhension
Cities surprise and interest a large and long-standing scientific community of economists, sociologists, geographers and historians, in which physicists and mathematicians also have their word. Cities are surprising because they exist, which is anything but obvious and reflects the essential fact that individuals are prone to group together. Cities are interesting because they are developing to the point where they have become the primary context of human life on Earth, and understanding them properly has become a global issue. Finally, it is critical to note that cities are similar across civilizations despite the multiplicity of individualities that underlie them.The urban phenomenon and the empirical similarities between the cities of the world invite us to look for common causes: this is the grounding reason for a science of cities in which we place ourselves. Our quantitative work is unique in its methodology, which stems from statistical physics, but threefold in its objectives.We focus on urban demography, the main variable of urban systems, of which we study both the static distribution and the dynamic evolution, proposing a new law of urban growth.We also study the social dynamics of cities, which characterize the economic interactions between individuals and the dynamics of segregation and gentrification. Finally, we aim at describing urban transportation, the networks on which cities rely, and quantify the non-trivial environmental and economic consequences of the interplay between private and public transport

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Abarenkova, Nina. "Etudes de systèmes intégrables ou de complexes faibles, en physique du solide et systèmes dynamiques discrets." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10068.

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Abstract:

Cette these reunit deux directions d'etude des systemes integrables : le calcul des fonctions de correlation dans le contexte de la physique du solide (en utilisant l'ansatz de bethe a deux composantes) et l'etude de transformations birationnelles dans le contexte des systemes dynamiques discrets. Le calcul analytique ainsi que plusieurs methodes numeriques sont employes. Ce document est organise en deux parties independantes. Dans la premiere partie, une methode de calcul analytique des fonctions de correlations, sous la forme d'un determinant de fredholm pour le modele de hubbard dans la limite u , et pour le modele correspondant d'echelle de spins, est presentee. Un ensemble de formules exactes est donne. La deuxieme partie est consacree a l'etude de systemes dynamiques discrets associes a des transformations birationnelles. Des classifications exhaustives, effectuees pour des ensembles tres larges de transformations birationnelles, ont permis de voir l'extraordinaire rarete des transformations integrables et la repartition effective de quantites mesurant la complexite des transformations. Sur l'exemple d'une famille de transformations non hyperboliques de deux variables nous avons donne tout un faisceau d'arguments convergeant vers une identification exacte de l'exponentielle de l'entropie topologique (associee a la fonction zeta dynamique) et du caracterisant la croissance exponentielle de la complexite de arnold. Cette egalite semble s'etendre au cas, ou les transformations sont vues comme des transformations portant sur des variables reelles. Des calculs d'exposants de lyapounov nous ont enfin permis de comparer l'entropie topologique reelle et l'entropie metrique.

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Maclot, Sylvain. "Stabilité de systèmes complexes d'intérêt biologique sous rayonnements ionisants." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2061.

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Moufid, Mohamed. "Questions de stabilité de systèmes complexes dans le champ de l'attraction terrestre." Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques, 1986. http://www.theses.fr/1986BESA2025.

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Abstract:

CHAPITRE 1 : le problème du mouvement d'un solide autour de l'un de ses points fixes admet une infinité de solutions stationnaires dépendant de trois paramètres. Le problème de l'influence d'une tige élastique sur la stabilité des rotations permanentes du solide de révolution place dans le champ newtonien central, conduit à la recherche du minimum d'une fonctionnelle convenable. On obtient des conditions suffisantes de stabilité. Celles-ci montrent l'influence déstabilisatrice de la tige élastique. CHAPITRE 2 : le problème de stabilité d'un solide tournant a cavité complètement remplie de liquide est traite dans le cadre de la théorie linéaire. Nous donnons des conditions suffisantes de stabilité qui, en première approximation, coïncident avec celle de Rumiantsev, et également des conditions d'instabilité. CHAPITRE 3 : le problème de stabilité du mouvement d'un solide se déplaçant dans un fluide et suspendu a une tige élastique est traité par application de la théorie de Rumiantsev. Nous obtenons des conditions suffisantes de stabilité par rapport aux paramètres d'orientation du corps et certaines fonctionnelles attachées a la tige

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Plazanet, Marie. "Spectroscopie vibrationnelle pour l'étude de systèmes moléculaires organiques." Habilitation à diriger des recherches, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00985257.

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Abstract:

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

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Carra, Giulia. "Evolution of urban systems : a physical approach." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS254/document.

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Abstract:

Plus de 50% de la population mondiale vit dans des zones urbaines et cette proportion devrait augmenter dans les prochaines décennies. Comprendre ce qui régit l'évolution des systèmes urbains est donc devenu d'une importance fondamentale. Ce renouveau d'intérêt combiné avec la disponibilité de données à grande échelle, permet d'entrevoir l'avènement d'une nouvelle science des villes, interdisciplinaire et basée sur les données.Des études récentes ont montré l'existence de régularités statistiques et de lois d'échelle pour plusieurs indicateurs socio-économiques, tels que la consommation d'essence, la distance moyenne parcourue quotidiennement, le cout des infrastructures, etc. Malgré plusieurs tentatives récentes, la compréhension théorique de ces résultats observés empiriquement demeure très partielle.Le but de cette thèse est d'obtenir une modélisation simplifiée, hors-équilibre de la croissance urbaine, en s'appuyant sur un petit nombre de mécanismesimportants et qui fournit des prédictions quantitatives en accord avec lesdonnées empiriques. Pour cela, nous nous inspirerons des études en géographiequantitative et en économie spatiale et nous revisiterons certains de ces anciens modèles avec une nouvelle approche intégrant les outils et concepts de la physique
More than 50 % of the world population lives in urban areas and this proportion is expected to increase in the coming decades. Understanding what governs the evolution of urban systems has thus become of paramount importance.This renewed interest combined with the availability of large-scale data, allows a glimpse into the dawn of a new science of cities, interdisciplinary and based on data.Recent studies have shown the existence of statistical regularities and scaling laws for several socio-economic indicators such as fuel consumption, average commuting distance, cost of infrastructure, etc., and despite several recent attempts, the theoretical understanding of these results empirically observed remains very partial. The purpose of this thesis is to obtain a simplified, out of equilibrium model of urban growth, based on a small number of important mechanisms and which provides quantitative predictions in agreement with empirical data. For this, we will draw on studies in quantitative geography and spatial economy and we will revisit some of these old models with a new approach that integrates the tools and concepts of physics

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Monnier, Xavier. "Mobilité moléculaire dans des systèmes polymères complexes anisotropes et confinés." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR021/document.

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Abstract:

L’objet de ce travail est d’étudier l’influence de l’anisotropie structurale, induite lors de la mise en forme d’un Polylactide (PLA), sur les dynamiques moléculaires de la phase amorphe. Deux procédés de mise en oeuvre sont retenus : l’électrofilage et la cristallisation induite par flux. Le premier permet d’aboutir à un système non-cristallin, lorsque le deuxième permet d’aboutir à un système semi-cristallin. Pour chaque système, une étude microstructurale est préalablement réalisée pour mettre en avant l’anisotropie structurale induite lors de la mise en oeuvre. Pour ce faire différentes techniques d’analyses sont utilisées : microscopie optique, microscopie électronique, diffraction des rayons X, calorimétrie à balayage différentielle (DSC) et calorimétrie à balayage rapide (FSC). L’utilisation de la FSC s’avère précieuse. Du fait des vitesses extrêmement rapide (1000 K.s-1) et de la diminution importante de la masse (dizaine de nanogrammes), la transition vitreuse et la cinétique de vieillissement physique sont au préalable étudiées dans le cas d’un PLA amorphe. Il est montré que les vitesses de refroidissement atteignable en FSC permettent d’accélérer les cinétiques de vieillissement physique. Les dynamiques moléculaires sont ensuite étudiées à travers le concept de coopérativité et le phénomène de vieillissement physique. Il est montré que l’orientation préférentielle induite dans le système non-cristallin aboutit à la formation de mésophase qui augmente la coopérativité, autrement dit les interactions intermoléculaires. Dans le cas du système semi-cristallin, les dynamiques moléculaires sont influencées par le couplage amorphe/cristal et le confinement des cristaux, et non pas par l’anisotropie structurale induite avant cristallisation
The aim of this work is to investigate the molecular dynamics of Polylactide (PLA) subjected to structural anisotropy during its processing. To do so, two experimental set-ups were used: electrospinning and flow induced crystallization. The first one leads to non-crystalline system, while the second one leads to semi-crystalline system. For each system, the microstructure is investigated to highlight the structural anisotropy induced during the processing. Different experimental techniques are used: optical microscopy, electronic microscopy, X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC) and fast scanning calorimetry (FSC). FSC proves to be useful. Due to the high scanning rates (1000 K.s-1) and the decrease of the sample mass (few tens of nanogrammes), glass transition and physical aging kinetics are beforehand investigated in the case of a wholly amorphous PLA. It is shown that high cooling rates available by FSC allow to accelerate physical aging kinetics. Molecular dynamics are then investigated through concept of cooperativity and phenomenon of physical aging. It is shown that preferential orientation induced during electrospinning leads to the formation of mesophase, which increase cooperativity, namely the intermolecular interactions. With regard to semi-crystalline system, molecular dynamics are only affected by the coupling between amorphous/crystal and the confinement effect of the crystals, rather than the structural anisotropy induced before the crystallization step

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Pottier, Basile. "Les fluctuations de surface pour mesurer les propriétés de systèmes complexes en l'absence de sollicitation." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00936208.

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Abstract:

La dynamique des fluctuations thermiques d'un milieu révèle les propriétés de ce milieu, sans qu'il soit nécessaire de le solliciter. Afin d'exploiter ce principe, nous avons mis au point une technique optique destinée à mesurer des fluctuations spontanées de hauteur de surfaces libres, basée sur la mesure de la déflexion d'un laser réfléchi à la surface. Nous montrons que l'on peut ainsi mesurer les fluctuations de surface de milieux très variés, allant des liquides peu visqueux aux solides viscoélastiques. Les propriétés viscoélastiques du milieu sondé peuvent être déterminées à partir du spectre expérimental des fluctuations. On compare les valeurs obtenues avec des mesures rhéométriques conventionnelles, la technique s'avère être un moyen fiable pour caractériser les propriétés rhéologiques dans une gamme de fréquences allant de 0,1 Hz à quelques dizaines de kHz. Par ailleurs, on s'intéresse à l'influence du confinement sur les fluctuations de surface d'un liquide newtonien. On étudie l'effet du confinement en utilisant des substrats de différentes natures : solide plan, solide en relief et liquide. On montre que les fluctuations de surface dépendent fortement du substrat utilisé. On étudie en particulier le cas où le film liquide est déposé sur une surface solide plane. En créant un effet Marangoni induit par un gradient de température à la surface libre du liquide, on parvient à contrôler l'épaisseur du film sondé. On mesure ainsi les fluctuations de surface de films dont l'épaisseur varie entre 30 nanomètres et quelques micromètres. Les spectres mesurés sont sensibles à la condition hydrodynamique à l'interface liquide-solide et permettent d'évaluer une éventuelle longueur de glissement.

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Cherrier, Raphaël. "Etude de systèmes de spins complexes ou désordonnés : analogies avec la transition vitreuse structurelle." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30136.

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Klein, Meyer Jean-Sébastien. "Contribution à la modélisation multi-physique des systèmes complexes dans un contexte de DFX : application à la conception de micro-mécanismes." Troyes, 2008. http://www.theses.fr/2008TROY0011.

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Abstract:

Nous proposons dans ce mémoire une méthode pour assister le concepteur dans le choix des technologies. Nous proposons d’enrichir les liens entre les spécifications fonctionnelles du produit et les technologies. La liaison entre ces deux concepts se fait par le biais des principes physiques. Nous proposons un modèle basé sur les relations entre Fonction, Principe Physique et Technologie (FPPT). Nous rentrons dans le détail de ce modèle en précisant minutieuse-ment le processus de création, les entités com-posant le modèle FPPT et les paramètres fonc-tionnels, physiques et technologiques qui y apparaissent. Ils permettent de renforcer les liens et de justifier les choix de conception. Ils peuvent être utilisés pour simuler, très tôt dans le processus de conception, le comportement des solutions choisies. Le modèle FPPT prend en compte les différen-tes limites physiques ou technologiques impo-sées par la physique ou la technologie. Ces limites sont notamment utiles pour la concep-tion de MEMS. Nous verrons à travers un exemple (la conception d’un micro interrupteur électrique) comment la méthode FPPT s’intègre dans l’ensemble de l’approche DFX. Nous verrons également comment les informa-tions apportées par le modèle FPPT et ses pa-ramètres peuvent être utilisés pour réaliser des calculs plus complexes : optimisation multi dis-ciplinaire (MDO) ou analyse de la robustesse. Enfin, nous présentons les spécifications et le développement d’un démonstrateur informati-que (système KBE) implémentant le modèle FPPT
We propose in this PhD a method to assist the designer in the choice of multi-physical tech-nologies. We propose to improve the link be-tween functional requirements of a product and technologies. This link between those two concepts is made owing to physical principles. We propose a model based on relationships between Function, Physical Principle and Tech-nology (FPPT). We present in detail this model by describing the process of creation, the enti-ties that composed the FPPT model and the functional, physical and technological parame-ters. Those parameters also support the link and help to assess the design choices. They can be use to simulate the behaviour of a design alternative very early in the design process. The FPPT model takes into account physical and technological limits issued from the physics or the technology solutions. Those limits are espe-cially useful for MEMS design. We present, trough an example (the design of a MEMS switch), how the FPPT model is integrated into a DFX approach. We also present how information given by the FPPT model and how the parameters can be used to realise more complex simulation: Multi Disciplinary Optimisation (MDO) or robustness analyses. Finally we present the specifications and the development of a software demonstrator (KBE system) to implement the FPPT model

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Roy, Félix. "Dynamics of populations in large ecosystems." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP080.

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Abstract:

Cette thèse est une étude mathématique pour l'écologie. Considérons l'expérience suivante : une parcelle de forêt est délimitée, et les populations des différentes espèces qui s'y trouvent sont référencées. Avec le temps, certaines espèces vont prospérer, d'autres s'éteindre. Le modèle mathématique que nous étudions prédit ces phénomènes : comment les populations changent au cours du temps. Si l'espèce dominante dans la parcelle change constamment, on dit que l'écosystème est chaotique. Il se trouve qu'en écologie, les dynamiques chaotiques sont généralement ignorées dans le cas des écosystèmes isolés. Dans cette étude, à l'aide d'outils mathématiques spécifiques et de simulations sur ordinateurs, nous montrons que le comportement chaotique est bien plus durable que ce qui est attendu
This thesis is a mathematical study of ecological models. The setup is the following: assume we delimit some forest parcel, and reference the populations of the various species it contains. If we let the ecosystem be, some species will bloom, others will go extinct. Our mathematical model predicts how the populations will change with time. In this PhD, we focus more specifically on the chaotic dynamics. In plain words, if whenever we go back to the forest parcel, the populations are different (sometimes the most abundant species is the rabbits, sometimes the boars), we will call this ecosystem chaotic. Usually in ecology, chaotic dynamics in isolated ecosystems are discarded, because they are unstable. In this work, we try to convey that chaotic dynamics are quite resilient. To do so, we introduce a specific mathematical tool. Then we perform various studies, both from pure mathematics and computer simulations, to show that lasting chaotic behaviour emerges

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Schmitt, Claude. "Contribution à l'identification des paramètres physiques de systèmes complexes : application au véhicule automobile." Mulhouse, 1999. http://www.theses.fr/1999MULH0592.

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Ces travaux formalisent les différents aspects constituant une stratégie d'identification des paramètres physiques de systèmes complexes. Dans un premier temps, l'accent est mis sur l'exploitation des propriétés structurelles (identifiabilité, discernabilité) des modèles pressentis pour décrire le processus étudié. Il est également montré que l'étude des propriétés de sensibilité se révèle être une précieuse source d'information supplémentaire, lorsque des difficultés d'identifiabilité des paramètres physiques apparaissent. Afin d'obtenir une estimation non biaisée des paramètres physiques en présence de bruit de mesure et une précision maximale des paramètres estimés, un estimateur par programmation non linéaire, basé sur la minimisation d'un critère d'erreur de sortie, au sens du maximum de vraisemblance, est suggéré. Dans ce contexte, la tâche de minimisation du critère d'erreur posée par l'identification des paramètres physiques de système continus n'est pas triviale. Devant les limitations intrinsèques aux algorithmes classiques d'optimisation, l'utilisation des algorithmes d'optimisation globale (algorithmes génétiques hybrides) est préconisée. Il sera montré que ces derniers parviennent à localiser fiablement l'optimum global, avec une bonne précision, tout en requérant un temps de calcul raisonnable. L'accent est ensuite porté sur la phase de validation des paramètres estimés et des modèles identifiés. Notamment, les intervalles d'incertitude sur les paramètres estimés et les variables prédites sont quantifiés de manière réaliste et efficace. Enfin, cette stratégie d'identification est appliquée sur un système réel complexe par essence même : un véhicule automobile. La robustesse et la précision des résultats obtenus démontrent la viabilité de la stratégie d'identification proposée

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Craman, Michel. "Conception et réalisation d'un système de mesure automatique des permittivités diélectriques complexes." Toulouse, INPT, 1990. http://www.theses.fr/1990INPT087H.

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Abstract:

Differentes techniques de determination de la permittivite dielectrique de materiaux, inhomogenes ou non, ont ete developpees. Un procede de mesure en guide a ete etudie, reposant sur la detection, dans sa section transversale, du champ electrique se propageant dans un guide d'onde. Deux methodes de reconstitution du profil, associees a ce systeme de mesure, ont ete decrites, l'une utilisant la resolution de l'equation de hill, l'autre etant issue de l'analyse directe de l'equation de propagation. Une methode de mesure ponctuelle des permittivites dielectriques a egalement ete etudiee, a partir de la perturbation du champ electromagnetique a l'extremite d'un resonateur coaxial, sur l'ouverture duquel est applique le materiau dielectrique a caracteriser. Ce resonateur est relie a un oscillateur dont la frequence, et eventuellement l'amplitude, varient en fonction des proprietes de l'echantillon presente. Ce systeme, controle par un micro-ordinateur, utilise une banque d'echantillons pour assurer l'etalonnage. Son domaine de validite est reserve a l'etude de materiaux homogenes ou a profil lentement variable

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Sharma, Dhruv. "Macroeconomic agent-based models : a statistical physics perspective." Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2020. http://www.theses.fr/2020UPSLE011.

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Abstract:

Les modèles à agents (Agent-Based Models ou ABMs) sont apparus comme un paradigme complémentaire pour la modélisation des phénomènes macro-économiques. Par rapport à d’autres modèles plus établis, tels que les modelés DSGE (Dynamic Stochastic General Equilibrium), les ABMs offrent un cadre flexible pour comprendre la complexité de la macroéconomie tout en prenant en compte la nature hétérogène des acteurs économiques, des institutions et des marchés, sans faire d’hypothèses trop restrictives. Ces modelés adoptent une approche “bottom-up” de la modélisation macro-économique en simulant le comportement de chaque agent individuel dans l’économie puis en s’agrégeant pour révéler des phénomènes émergents tels que les cycles économiques endogènes ou les crashs soudains. L’objet de cette thèse est de faire progresser une méthodologie communément utilisée en physique statistique et de l’appliquer à l’étude de deux modèles macro-économiques. Dans les deux modèles étudiés ici, nous déterminons d’abord le “diagramme de phase” du modèle pour identifier les régimes macroscopiques pertinents afin de développer une compréhension intuitive de la macro-dynamique en n’utilisant qu’un petit sous-ensemble de paramètres. Le premier modèle présenté ici s’appuie sur le paradigme des problèmes de satisfaction des contraintes (de l’anglais Constraint Satisfaction Problems, CSPs) et l’intègre dans le cadre des règles de comportement du modèle via les contraintes budgétaires des agents. Ces contraintes, similaires à celles du perceptron, un CSP bien-etudié, révèlent l’existence de trois régimes et soulignent l’importance de la dette pour la stabilité macro-économique : à un faible niveau d’endettement, l’économie reste sans structure et les faillites sont fréquentes, alors qu’à un niveau élevé la dette conduit à des cycles économiques endogènes. Entre ces deux extrêmes, l’on trouve un régime intermédiaire de stabilité relative avec de faibles niveaux des faillites tout le temps. Dans ce modèle, les préférences des agents, qui sont à l’origine du désordre dans le CSP, évoluent continuellement dans le temps. Nous étudions donc un schéma dynamique simple pour le perceptron et découvrons qu’un paysage rugueux peut en effet exister avec un désordre dynamique. Enfin, nous généralisons l’ABM Mark-0 pour simuler les chocs exogènes de consommation et de productivité dus à la pandémie de COVID. Alors que les approches standards élaborent un modèle pour comprendre un résultat particulier, ce modèle peut générer une variété de scénarios après un choc de type COVID. En outre, nous étudions également l’efficacité de plusieurs politiques, notamment la très controversée “monnaie hélicoptère”, pour éviter l’effondrement économique. Nous insistons donc sur l’importance des ABMs comme des “générateurs de scénarios” polyvalents, pour produire des résultats difficiles à prévoir en raison de la complexité intrinsèque de la dynamique macro-économique
Agent-based models (ABMs) have emerged as a complementary paradigm for modeling macroeconomic phenomena. Compared to other, more established models such as DSGE (Dynamic Stochastic General Equilibrium) models, ABMs provide a flexible framework for understanding the complexity of the macroeconomy while at the same time taking into account the heterogeneous nature of economic actors, institutions and markets without making overly restrictive assumptions. ABMs take a “bottom-up” approach towards macroeconomic modeling by simulating the behavior of each individual agent in the economy and then aggregating to reveal emergent phenomena such as endogenous business cycles or flash crashes. The object of this thesis is to advance a methodology commonly used in statistical physics and apply it to the study of two macroeconomic agent-based models. In both models studied here, we first determine the “phase-diagram” of the model to identify the relevant macroscopic regimes to develop an intuitive understanding of the macro-dynamics using a small subset of parameters. The first ABM presented here builds upon the paradigm of constraint satisfaction problems (CSPs) and integrates it within the model’s behavioral rules via agents’ budgetary constraints. These constraints, similar to the well-studied perceptron CSP, reveal the existence of three regimes and underscore the importance of debt for macroeconomic stability: at lowlevels of debt, the economy remains structure-less with frequent bankruptcies while high debt leads to endogenous business cycles. Between these two extremes, an intermediate regime of relative stability is found with low levels of bankruptcies for all times. Within this ABM, agents’ preferences, serving as the source of disorder in the CSP, evolve continuously in time. We thus study a simple dynamical scheme for the perceptron and discover that a rugged landscape can indeed exist with dynamic, annealed disorder. Finally, we extend the Mark-0 ABM to simulate exogenous consumption and productivity shocks due to the Covid pandemic. Whereas standard approaches design a model to understand a particular outcome, this model can generate a variety of scenarios after a Covid-like shock. Furthermore, we also investigate the efficacy of several policies, including the much-debated “helicopter money” drop, in avoiding economic collapse. We thus highlight the importance of ABMs as multi-purpose “scenario generators”, for producing outcomes that are difficult to foresee due to the intrinsic complexity of macro-economic dynamics

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Konevtsova, Olga. "Théorie de Landau de cristallisation et l'approche d'ondes de densité dans les systèmes complexes." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01023771.

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Abstract:

Le nombre croissant de nanostructures physiques et biologiques sont caractérisées par l'ordre non-cristallin et par les propriétés physiques et biologiques non-conventionnels. Parmi ses systèmes il faut distinguer les capsides virales. Ces coquilles solides qui sont formées par un certain nombre dec opies de la même protéine protègent le virus des agressions et facilitent le processus d'infection de la cellule hôte. La distribution des positions de protéines dans une capside est très régulière et montre un degré très élevé d'ordre, aussi bien orientationnel que positionnel. Les capsides virales de topologie sphérique possèdent la symétrie icosaédrique compatible avec l'ordre cristallin local, mais incompatible avec la symétrie cristalline globale et interdite dans les structures périodiques.Ici, sur l'exemple des Papovavirus, nous montrons l'existence d'un nouveau type d'organisation qui résulte dans l'ordre quasicristallin pentagonal chiral de protéines dans des capsides de topologie sphérique et géométrie dodécaédrique. La formation de cet ordre est décrite dans le cadre de la théorie de Landau de cristallisation. Les particularités de la structure sont élucidées grâce à la théorie d'élasticité des quasicristaux comme le résultat de la déformation phason nonlinéaire.La généralisation de la théorie de Landau de cristallisation que nous proposons permet également de décrire des structures quasicristallines octogonales et décagonales grâce à la minimisation contrainte de l'énergie libre, et donne un nouveau sens physique à la notion de " fenêtre de projection " utilisée dans la cristallographie multidimensionnelle.

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Hébert-Dufresne, Laurent. "La structure communautaire comme paradigme d'organisation des réseaux complexes." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28669/28669.pdf.

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Lorimier, Lionel. "La caractérisation dynamique des défaillances : une nouvelle approche pour la gestion active des défaillances au sein des systèmes physiques industriels complexes." Ecole Centrale de Lille, 2005. http://www.theses.fr/2005ECLI0003.

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Abstract:

La caractérisation dynamique des défaillances vise à permettre la gestion en ligne des défaillances multiples et non prévues en phase de conception, par un certain nombre d'actions de reconfiguration, avec le minimum de connaissances sur les défaillances, sans considérer de réparation. La méthode est élaborée pour exploiter au maximum les flexibilités présentes au sein des systèmes physiques industriels complexes tels que les centrales nucléaires ou les robots explorateurs. L'ensemble des travaux est appliqué sur un système de refroidissement de centrale nucléaire. Cette méthode apporte plusieurs concepts innovants et constitue une alternative au schéma classique d'intégration entre la surveillance (diagnostic) et la reconfiguration, actuellement basé sur la notion de modes de défaillance, trop exigeant en termes de connaissances sur les défaillances. Elle ne requiert du diagnostic que la localisation des composants défaillants. Ensuite, son objectif principal est de caractériser dynamiquement l'état de défaillance du système par rapport à ses objectifs, en intégrant les composants défaillants comme des solutions de reconfiguration potentielles. Cette caractérisation est dite dynamique car elle considère en ligne à la fois ce qu'il est possible de connaître sur la défaillance (modèles d'incertitude peu structurés) et ce que le système est capable de réaliser en se réorganisant (structure, lois de commande), i. E. Ses possibilités dynamiques résiduelles, permettant ainsi de fournir de nombreuses informations à la reconfiguration. La connaissance sur les défaillances fait l'objet d'un compromis entre le requis (par rapport aux objectifs et aux flexibilités) et l'identifié.

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Szabó, Györgyi. "Évolution des systèmes complexes : une étude des travaux philosophiques d'Ervin Laszlo, de la théorie des systèmes à la théorie d'un champ universel d'information." Thesis, Paris 5, 2014. http://www.theses.fr/2014PA05H011/document.

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Abstract:

Cette thèse est une étude des travaux d’Ervin Laszlo sur cinquante ans. Elle met en valeur ses idées les plus importantes, les événements et les moments charnières de l’évolution de sa pensée qui l’ont conduit à sa position philosophique actuelle ; elle passe en revue les étapes du voyage philosophique de Laszlo à la découverte et vers la compréhension de « la manière dont les choses sont » et de « la manière dont les choses deviennent » en termes d’évolution des systèmes complexes, ainsi que du but et de la signification de la vie humaine
A study of fifty years of philosophical work by Ervin Laszlo, highlighting the most important ideas, events and turning points in the thinking that led to his present-day philosophical position. This thesis reviews Laszlo’s philosophical voyage towards his uncovering and understanding of how things are and how things are becoming in terms of the evolution of complex systems as well as the purpose and meaning of human life

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Sarazin, Desbois Céline. "Méthodes numériques pour des systèmes hyperboliques avec terme source provenant de physiques complexes autour du rayonnement." Phd thesis, Université de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00814182.

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Abstract:

Ce manuscrit est dédié à l'approximation numérique de plusieurs modèles du transfert radiatif. Dans un premier temps, l'attention est portée sur le modèle cinétique d'ordonnées discrètes. Dans le but de coupler ce modèle avec d'autres phénomènes plus lents, il est nécessaire d'avoir des méthodes numériques performantes et précises sur des temps longs. À partir d'une double approximation polynomiale de la solution en temps et en espace, on développe un schéma de type GRP d'ordre élevé sans restriction sur le pas de temps pour un système hyperbolique linéaire sur des maillages non structurés. Ce schéma est ensuite étendu pour le modèle d'ordonnées discrètes. Dans un second temps, on s'intéresse à des modèles aux moments issus du transfert radiatif. En effet, dans certaines applications, les modèles aux moments de type M1 conservent de nombreuses propriétés de l'ETR et fournissent une approximation suffisante de la solution. Après avoir résolu le problème de Riemann associé au modèle M1 gris, on considère l'approximation numérique du modèle M1 multigroupe. Une attention particulière est portée sur le calcul des moyennes d'opacités et des lois de fermeture. Un algorithme de précalculs est alors mis en place. La dernière application traitée dans ce mémoire porte sur une extension du transfert radiatif pour estimer des doses de radiothérapie. À la différence du M1 gris usuel, les flux dépendent ici de fonctions peu régulières en espace. Grâce à des changements de variables, un schéma HLL rétrograde est développé. De nombreux exemples numériques illustrent l'intérêt des schémas obtenus dans cette étude.

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Merheb, Rania. "Fiabilité des outils de prévision du comportement des systèmes thermiques complexes." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00969036.

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Abstract:

La conception des bâtiments à faible consommation d'énergie est devenue un enjeu très important dans le but de réduire au maximum la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre associées. Pour y arriver, il est indispensable de connaître les sources potentielles de biais et d'incertitude dans le domaine de la modélisation thermique des bâtiments d'un part, et de les caractériser et les évaluer d'autre part.Pour répondre aux exigences courantes en termes de fiabilité des prévisions du comportement thermique des bâtiments, nous avons essayé dans le cadre de cette thèse de quantifier les incertitudes liés à des paramètres influents, de proposer une technique de diagnostic de l'enveloppe, propager les incertitudes via une méthode ensembliste sur un modèle simplifié et puis proposer une démarche permettant d'identifier les paramètres de modélisation les plus influents et d'évaluer leur effet sur les performances énergétiques avec le moindre coût en termes de simulations.

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Cherrier, Raphaël. "Étude de systèmes de spins complexes ou désordonnés : analogies avec la transition vitreuse structurelle." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00840704.

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Abstract:

Cette thèse s'interesse à la nature dynamique de la transition vitreuse. Dans une première partie, nous nous intéressons à une classe de modèles de verres de spins en champ moyen. Nous montrons que la nature continue -avec brisure complète de la symétrie des répliques- ou structurelle -avec brisure à un pas de la symétrie des répliques- de la transition vitreuse peut être prédite en regardant le spectre de la matrice des couplages et plus précisément la zone de ce spectre située au voisinage de la valeur propre la plus grande, c'est-à-dire correspondant à l'état d'énergie minimale. La transition dynamique correspondant à l'apparition d'une multitude d'états métastables, nous nous intéressons au nombre de ceux-ci dans le modèle orthogonal aléatoire généralisé, qui est un modèle analogue au modèle de Hopfield avec un nombre extensif de motifs, mais où les motifs sont strictement orthogonaux. Nous étudions l'influence de l'orthogonalité des motifs sur le nombre d'états 1-stables (états stables par retournement d'un spin quelconque). Les études analytiques précédentes par la méthode des répliques sont appuyées par des simulations numériques. Nous réalisons à la fois des simulations Monte-Carlo et des énumérations exactes sur des petits systèmes qui permettent d'obtenir les grandeurs thermodynamiques d'équilibre ou le nombre d'états 1-stables en excellent accord avec les prédictions analytiques.\\ Dans une deuxième partie, nous étudions un modèle sans désordre dont le paramètre d'ordre possède la symétrie $O(N)$ et dont les états fondamentaux ne sont pas tous équivalents. Ce modèle décrivant de manière schématique l'évolution vers une phase cristallisé ou amorphe d'un système de colloïdes de sphéres dures. Nous montrons que l'état amorphe est favorisé par la dynamique. Nous étudions alors les bassins d'attraction de chaque phase pour la dynamique à température nulle : analytiquement à la limite où $N$ est grand, et numériquement lorsque $N$ est fini.

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Léonard, Sébastien. "Hétérogénéité dynamique et échelles de longueur dans les systèmes vitreux hors-équilibre." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00196528.

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Abstract:

L'origine microscopique du ralentissement de la dynamique dans les systèmes vitreux peut être attribuée à la nature hétérogène de la dynamique apparaissant à l'approche de la température de transition vitreuse. Dans ce travail, nous caractérisons cette hétérogénéité dynamique dans le cadre d'une dynamique hors-équilibre en nous basant sur l'étude numérique et analytique de modèles à contraintes cinétiques. Nous mesurons ainsi le temps de vie de l'hétérogénéité dynamique et démontrons que dans le cas des verres fragiles, il augmente plus rapidement que le temps de relaxation du système. Nous caractérisons aussi les régimes de vieillissement des modèles étudiés en établissant l'existence d'un lien avec la dynamique de modèle de marcheurs aléatoires. Enfin nous mesurons la violation du théorème fluctuation-dissipation et montrons que le signe négatif des températures effectives trouvées est une conséquence directe de la nature thermiquement activée de la dynamique.

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Cauffriez, Laurent. "Méthodes et modèles pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement de systèmes automatisés complexes : Application à l'exploitation de lignes de production - Application à la conception de systèmes intelligents distribués." Habilitation à diriger des recherches, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00289414.

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Abstract:

La nécessité de prendre en considération les aspects sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés, dès la phase de conception, pour tendre vers le concept de « systèmes automatisés sûrs de fonctionnement » représente aujourd'hui un enjeu majeur.
Nous présentons dans cette Habilitation à Diriger les Recherches le concept de systèmes automatisés sûrs de fonctionnement et procédons à une analyse de la problématique globale de la conception de tels systèmes. Nous identifions clairement les frontières des différents systèmes constituant les systèmes automatisés sûrs de fonctionnement : processus physique, systèmes d'automatisation, systèmes de sécurité, systèmes de contrôlabilité du risque (barrières). Pour ce faire, nous nous appuyons sur la notion de service rendu.
Nous introduisons ensuite les différents concepts de sûreté de fonctionnement des systèmes en dégageant deux grands niveaux : la sûreté de fonctionnement prédictive et la gestion de la sûreté de fonctionnement avec prise en compte des risques pour l'Homme et l'environnement. Cette étude aborde les aspects normatifs incontournables pour les systèmes industriels et décline notre point de vue sur la notion de complexité. L'identification de ces grands axes de recherche en conception des systèmes automatisés sûrs de fonctionnement nous permet de situer dans la communauté scientifique nos activités de recherche, dont les contributions et résultats sont présentés dans le mémoire selon deux axes :
• L'axe I porte sur la sûreté de fonctionnement de processus physiques avec une application à l'évaluation des paramètres FMD (Fiabilité-Maintenabilité-Disponibilité) des lignes de production dans le but d'en améliorer la performance,
• L'axe II porte sur la sûreté de fonctionnement des systèmes d'automatisation à intelligence distribuée avec la proposition d'une démarche de conception de tels systèmes et d'un formalisme pour la spécification des besoins et contraintes d'architecture, l'originalité de cette méthode repose sur la volonté d'obtenir une architecture validée par des paramètres de sûreté quantifiés.
De ces travaux découlent nos activités de recherche actuelles et futures relatives à l'analyse systémique de la sûreté de fonctionnement des systèmes complexes et à l'exploration de voies de recherche pour la proposition d'une méthodologie générique, indépendante du domaine d'application, pour la conception de systèmes complexes sûrs de fonctionnement.

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Haro-Sandoval, Eduardo. "Contribution à l'identification de systèmes physiques complexes. : Application à la caractérisation de la dynamique latérale d'un véhicule automobile." Mulhouse, 2006. http://www.theses.fr/2006MULH0827.

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Abstract:

Le sujet de thèse entre dans le cadre de l'étude des méthodes d'identification des systèmes physiques complexes. Le but ultime est une amélioration du processus d'estimation paramétrique de la dynamique latérale du véhicule automobile par le biais d'une stratégie d'identification. L'étude s'oriente vers la relation existante entre l'identification et la modélisation : comment les propriétés de la structure du modèle influence la qualité de l'identification. Plus précisément, étant donnée que les propriétés d'un modèle déterminent d'une certaine façon l'identification, la contribution de l'utilisation de plusieurs structures d'un même modèle est faite pour réaliser l'identification du système. Une approche à plusieurs structures est alors utilisée pour profiter des avantages des différentes manières de représenter un système par une démarche de complémentarité entre les différentes structures. Une application axée sur l'étude de la dynamique latérale d'un véhicule routier lors de certaines situations de roulage sert de support à cette approche
The subject of this thesis is the study of the identification methods of complex physical systems. The ultimate goal is an improvement of the parametric estimation process of lateral dynamics of a motor vehicle through an identification strategy. The study considers the existing relation between identification and modelling, the way in which the properties of the model structure influence the quality of the identification. More precisely, given that the properties of a model determine identification in a certain manner, it highlights the use of several structures of the same model for the identification of the system. A multi-structure approach is then used to benefit from the advantages of the various manners of representing a system, thanks to the complementarity of the different structures. An application based on the study of the lateral dynamics of a road vehicle is used as a support of this approach

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Sahnoune, Hiba. "Aspects structuraux et électroniques de systèmes conjugués organométalliques." Thesis, Rennes 1, 2013. http://www.theses.fr/2013REN1S075/document.

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Abstract:

Une étude théorique basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) a été réalisée sur un ensemble de complexes organométalliques mono, di et trinucléaires à base de fer, de ruthénium ou de platine. Les résultats obtenus sur les complexes mononucléaires à base de fer révèlent que la longueur du chaînon π de carbone n'a qu'une influence mineure sur les propriétés électroniques mais affectent les propriétés spectroscopiques. Une étude entreprise sur des systèmes contenant un ligand aromatique polycyclique a montré que la présence de molécules de solvant coordonnant abaisse les barrières énergétiques et par conséquence, facilite le réarrangement haptotropique du greffon organoruthénium sur le ligand organique. L'étude théorique réalisée sur des nouveaux systèmes de type [2]rotaxane a révélé que la longueur du chaînon π du fil moléculaire enfilé au travers d'un macrocycle influence les énergies d'interaction non covalente dans ces systèmes. Il a été montré que ces interactions non covalentes sont principalement dues à des liaisons hydrogène formées entre le macrocycle et le fil moléculaire
A theoretical study based on density functional theory (DFT) was performed on several series of organometallic mono, bi and trinuclear iron, ruthenium and platinum based complexes. The results on mononuclear iron based complexes indicate that the length of the π carbon bridge in these systems has only a minor influence on the electronic properties but affect somewhat the spectroscopic properties. A study was conducted on systems containing polycyclic aromatic ligand showing that the presence of a coordinating solvent molecule in the viscinity of the metal atom bound on top of the polycycle strongly lowers the energy barriers and consequently facilitates the haptotropic rearrangement of the grafted organoruthenium entity. The theoretical study of new systems of [2]rotaxane type has revealed that the length of the π bridge of the molecular wire threaded in a macrocycle influences the weak noncovalent interaction energies in these systems. It has been shown that these noncovalent interactions are mainly due to hydrogen bonds formed between the macrocycle and the threaded molecular wire

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Fléchon, Elsa. "Définition d'un modèle unifié pour la simulation physique adaptative avec changements topologiques." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10284/document.

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Abstract:

Les travaux réalisés pendant mon doctorat répondent à la problématique de la simulation physique, en temps interactif, du comportement d'objets déformables soumis à des changements topologiques. Mes travaux ont abouti à la définition d'un nouveau modèle unifié couplant un modèle topologique complet et un modèle physique, pour la simulation physique d'objets déformables décomposés en éléments surfaciques comme volumiques, tout en réalisant pendant cette simulation des changements topologiques comme la découpe ou la subdivision locale d'un élément du maillage. Cette dernière opération a permis de proposer une méthode adaptative où les éléments du maillage sont raffinés selon un critère géométrique au cours de la simulation. Nous avons fait le choix des cartes combinatoires et plus particulièrement celui des complexes cellulaires linéaires, comme modèle topologique de notre modèle unifié. Ils ont l'avantage d'être génériques par rapport à la dimension de l'objet représenté mais également par rapport à la topologie des cellules en lesquelles l'objet est décomposé. Le système masses-ressort a, quant à lui, été choisi comme modèle physique de notre modèle unifié. L'avantage de ce dernier réside dans la simplicité de ses équations, son implémentation intuitive, son interactivité et sa facilité à gérer les changements topologiques. Enfin, la définition d'un modèle unifié nous a permis de proposer un modèle évitant la redondance d'informations et facilitant la mise à jour de ces dernières suite à des changements topologiques
The work made during my PhD, respond to the problematic of physical simulation of the behavior of deformable objects subject to topological changes in interactive time. My work resulted in the definition of a new unified model coupling a complete topological model and a physical model for physical simulation of deformable objects decomposed in surface as volume elements, while performing during this simulation topological changes such as cutting or subdivision local of a mesh element. This operation allowed us to propose an adaptive method where mesh elements are refined during the simulation according to a geometric criterion. For the topological model of our unified model, we made the choice of combinatorial maps and more particularly linear cellular complexes. Their main advantage of the latter is the simplicity of its equations, its intuitive implementation, its interactivity and its ease to handle topological changes. Finally, the definition of a unified model allowed us to propose a model avoiding duplication of information and facilitate the update after topological changes

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Gutierrez, Guillen Gabriela. "Qualitative study of physical phenomena through geometry of complex foliations." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2024. http://www.theses.fr/2024UBFCK012.

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Abstract:

Cette thèse aborde deux sujets en physique mathématique : l'effet de la raquette de tennis et la monodromie hamiltonienne.Grâce à une exploration approfondie de la géométrie sous-jacente, nous fournissons une description mathématique complète de l'effet de la raquette de tennis, un phénomène géométrique observé dans les rotations libres de corps rigides. Nous examinons l'existence, l'origine et la robustesse de cet effet en utilisant la géométrie complexe et la géométrie réelle. Nous détectons également des signatures de contraintes physiques sur les moments d'inertie du corps, dans la structure géométrique de l'effet de la raquette de tennis. L'analyse est étendue à des phénomènes étroitement liés tels que l'effet Dhzanibekov, le monster flip et la phase de Montgomery.La deuxième partie de la thèse se concentre sur la monodromie Hamiltonienne, qui est l'obstruction topologique la plus simple à l'existence de coordonnées d'action-angles globales pour un système complètement intégrable. Nous montrons que l'utilisation de paires de Lax spectrales fournit une structure géométrique complexe qui permet l'étude de la monodromie Hamiltonienne et le calcul de la matrice de monodromie correspondante.Tout au long de ce travail de recherche, nous adoptons un cadre général qui utilise des feuilletages complexes pour fournir une structure géométrique aux problèmes posés, ce qui permet de mieux comprendre les phénomènes physiques correspondant
Through an in-depth exploration of the underlying geometry, we provide a full mathematical description of the tennis racket effect, which is a geometric phenomenon observed in free rotational dynamics of rigid bodies. We examine the existence, origin, and robustness of this effect using the interplay between complex and real geometries. We also detect signatures of physical constraints on the moments of inertia of the body, in the geometric structure of the tennis racket effect. The analysis is extended to closely related phenomena such as the Dhzanibekov effect, the monster flip, and the Montgomery phase.The second part of the thesis focuses on Hamiltonian monodromy, which is the simplest topological obstruction to the existence of global action-angle coordinates for a completely integrable system. We show that the use of spectral Lax pairs provides a complex geometric structure that enables the study of Hamiltonian monodromy and the calculation of the corresponding monodromy matrix.Throughout this research work, we adopt a general framework that employs complex foliations to provide a geometric structure for the problems under study, leading to a deeper understanding of these phenomena

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Tomezak, Maxime. "Radiothérapie du cancer : de la physique de l’ADN irradié à la dormance tumorale." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10205/document.

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Abstract:

La radiothérapie utilise les radiations dans le but d’éradiquer les cellules cancéreuses, principalement par la génération de cassures double-brin de l’ADN. Un des effets secondaires de la radiothérapie est l’émergence de seconds cancers, préférentiellement en bordure du volume traité, où des cellules normales reçoivent un niveau de dose non létal. Ces seconds sarcomes se développent principalement après une période de latence de 3 à 20 ans. Nous avons déterminé la distribution des dommages à l’ADN (CSB et CDB) dans le champ d’irradiation et en bordure de celui-ci, après différentes conditions d’irradiations. Nous avons évalué les dommages à l’ADN et l’induction de sénescence après un traitement fractionné. La détection des foyers XRCC1 et 53BP1 par immunofluorescence a été utilisé comme marqueurs des CSB et CDB respectivement. Enfin, la sénescence a été évaluée par la mesure de l’activité de l’enzyme SA-beta-galactosidase. Nous avons également développé un modèle théorique d’évolution cellulaire, avec pour objectif le suivi des cellules après l’action d’un traitement géno-toxique, tel que la radiothérapie ou la chimiothérapie. Les caractéristiques principales de cycle cellulaire, d’endommagement et de réparation de l’ADN, et de la diffusion chimique ont été incluses. Le modèle d’évolution cellulaire est basé sur la théorie des chaines de Markov. Deux applications du modèle sont présentées (survie cellulaire et effet bystander)
Radiotherapy uses ionizing radiations in order to eradicate cancer cells mainly through the generation of DNA double-strand breaks. A side effect of radiotherapy is the emergence of second cancer, preferentially at the border of the treated volume, where normal cells receive some non-lethal leaking radiations. These second cancers are mainly sarcomas and develop with a latency of 3 to 20 years. We have determine the distribution of DNA damage (SSBs and DSBs) both in-and at the border of the irradiation field following various conditions of irradiation. We also investigated DNA damages and induction of senescence after multi-session of treatment. Fluorescent detection of 53BP1 and XRCC1 foci was used as a marker of DSBs and SSBs respectively. Finally senescence state has been tested by measurement of SA-beta-galactosidase activity. We also developped a theoretical agent-based model of cell evolution under the action of cytotoxic treatments, such as radiotherapy or chemotherapy. The major features of cell cycle and proliferation, cell damage and repair, and chemical diffusion are included. Cell evolution is based on a discrete Markov chain. Two showcase applications of the model are then presented (survival curves and bystander effect)

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Metzig, Cornelia. "A Model for a complex economic system." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENS038/document.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de systèmes complexes appliqués aux systèmes économiques. Dans cette thèse, un modèle multi-agent a été proposé, qui modélise le cycle de production. Il est consitué d'entreprises, ouvirers/foyers, et une banque, et repecte la conservation de la monnaie. Son hypothèse centrale est que les entreprises se basent sur une marge espérée pour déterminer leur production. Un scénario simple de ce modèle, ou les marges espérées sont homogènes, a été analysé dans le cadre de models de croissance stochastique. Les résultats sont la distribution de tailles d'entreprises rassemblant des lois de puissance, et leur distribution du taux de croissance de forme 'tente', ainsi qu'une dépendence de taille de la variance de la croissance. Ces résultats sont proches aux faits stylisés issus d'études empiriques. Dans un scénario plus complet, le modèle contient des caractéristiques supplémentaires: des marges espérées hétérogèges, ainsi que des paiements d'intérêts, la possibilité de faire faillite. Cela ramène le modèle aux modèles macro-économiques multi-agents. Les extensions sont décrites de façon théorique par des équations de replicateur. Les résultats nouveaux sont la distribution d'age d'entreprises actives, la distribution de leur taux de profit, la distribution de dette, des statistiques sur les faillites, et des cycles de vie caractéristiques. Tout ces résultats sont qualitativement en accord avec des résultats d'études empiriques de plusieurs pays.Le modèle proposé génère des résultats prometteurs, en respectant le principe que des résultats qui apparaissent simultanément peuvent soit etre générés par un même processus, soit par plusieurs aui qui sont compatibles
The thesis is in the field of complex systems, applied to an economic system. In this thesis, an agent-based model has been proposed to model the production cycle. It comprises firms, workers, and a bank, and respects stock-flow consistency. Its central assumption is that firms plan their production based on an expected profit margin. A simple scenario of the model, where the expected profit margin is the same for all firms, has been analyzed in the context of simple stochastic growth models. Results are a firms' size distribution close to a power law, and tent-shaped growth rate distribution, and a growth rate variance scaling with firm size. These results are close to empirically found stylized facts. In a more comprehensive version, the model contains additional features: heterogeneous profits margins, as well as interest payments and the possibility of bankruptcy. This relates the model to agent-based macroeconomic models. The extensions are described theoretically theoretically with replicator dynamics. New results are the age distribution of active firms, their profit rate distribution, debt distribution, bankruptcy statistics, as well as typical life cycles of firms, which are all qualitatively in agreement with studies of firms databases of various countries.The proposed model yields promising results by respecting the principle that jointly found results may be generated by the same process, or by several ones which are compatible

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Cabaret, Olivier. "Caractérisation physique et approche numérique du rôle des aquitards dans les systèmes aquifères multicouches - Application au complexe tertiaire nord-aquitain." Phd thesis, Université Michel de Montaigne - Bordeaux III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00626915.

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Abstract:

L'élaboration de modèles hydrodynamiques à des fins de gestion rationnelle des aquifères et des prélèvements à une échelle régionale nécessite la connaissance du fonctionnement hydrodynamique des aquitards.La caractérisation de ces formations semi-perméables implique de déterminer leurs propriétés géologiques, hydrodynamiques et leur degré d'hétérogénéité. La région de Bordeaux, soumise à d'importants prélèvements, sert ici de support d'étude pour appréhender le rôle des aquitards dans le fonctionnement hydrodynamique d'un multicouche complexe. La caractérisation de ces formations semi-perméables a été obtenue au travers d'approches directes, indirectes et numériques. L'outil diagraphique a permis une réinterprétation de la géologie et a abouti à la mise à jour de la géométrie hydro-géologique du domaine d'étude ainsi qu'à une nouvelle organisation verticale des unités aquifères et aquitards. Les propriétés hydrodynamiques des aquitards ont été approchées grâce à la réalisation d'un forage expérimental dédié à l'étude d'une éponte. Des mesures pétrophysiques et l'analyse des séries temporelles enregistrées en différents niveaux de l'aquitard ont été effectuées et ont fourni des estimations des paramètres de conductivité hydraulique et d'emmagasinement spécifique de l'aquitard. Enfin, l'approche quantitative du rôle des aquitards dans le fonctionnement hydrodynamique du système aquifère a été réalisée à l'aide d'un modèle hydrogéologique. Celui-ci prend en compte la géométrie revisitée, issue des données diagraphiques, et intègre les valeurs des paramètres hydrodynamiques obtenues par les mesures de laboratoire et in situ. Le modèle a été utilisé pour préciser les flux de drainance au sein du système multicouche ainsi que leurs proportions relatives. Les résultats démontrent l'impact et le rôle d'un horizon semi-perméable au sein d'un aquitard puissant. In fine, l'intégration des hétérogénéités d'un aquitard s'avère obligatoire dans l'élaboration d'outils de gestion raisonnée (quantitative et qualitative) à court et long terme des ressources en eau souterraines d'un système aquifère multicouche complexe.

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Morand, Jules. "Dynamics of long range interacting systems beyond the Vlasov limit." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066624/document.

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Abstract:

Les interactions à longue portée concernent de nombreux systèmes naturels. Un exemple notable est celui de la gravitation newtonienne qui est pertinent dans le cas de l'étude de systèmes d'étoiles ou d'amas de galaxies. Ces systèmes ont notamment la particularité de ne pas respecter l'additivité des potentiels thermodynamiques et présentent une dynamique dominée par les effets collectifs. Une caractéristique remarquable est qu'après une évolution très rapide, ces systèmes restent piégés dans des états quasi-stationnaires pendant un temps qui peut être extrêmement grand (divergeant avec la taille du système). C'est seulement sur des échelles de temps plus longue que les simulation montre que ces systèmes relaxent à l’équilibre thermodynamique.Les états quasi-stationnaire sont interprétés théoriquement comme les solution stationnaires de l'équation de Vlasov. Cette équation de champs moyen représente un très bonne approximation de la dynamique macroscopique des systèmes en interaction à longue portée dans la limite ou le nombre de particule tend vers l'infini. Dans une premier temps, nous nous attacherons à comprendre, en fonction de la portée de la force de paire et de sa régularisation à court distance, quel est le champs de validité de cette équation, et en particulier, dans quelle cas le phénomène d'état quasi-stationnaire est attendu.Dans une seconde partie, combinant les approches théoriques et numériques, nous étudions la modification de la dynamique des systèmes à longue portée soumis à différentes sortes de perturbation non-Hamiltonienne. La robustesse des états quasi-stationnaires en présence des différentes perturbation est analysée en détails
Long range interactions concern numerous natural systems. A notable example is the one of the gravitation which is relevant in the case of the study of a stars system or galaxy clusters. In particular, these systems does not respect the additivity of thermodynamical potential and present a dynamics dominated by collective effects. One of the most remarkable feature is that, after a very rapid evolution, these systems remains trapped into quasi-stationary states up to a very long time (diverging with the system size). It is only on longer time scales, that simulations have shown that the system relaxes to thermal equilibrium.Quasi-stationary states are theoretically interpreted as solutions of the Vlasov equation. This mean filed equation represents a very good approximation of the dynamics of long range systems in the limit of a large number of particles. Firstly we give a limit on the validity of the Vlasov equation depending of the range of the pair force and on its short scales regularisation. In a second part, using theoretical an numerical approach, we study the modification of the dynamics of long range systems when subjected to different kinds of non-Hamiltonian perturbations. In particular, the robustness of quasi-stationary states, in presence of this different perturbations is analysed in details

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Spiesser, Christophe. "Méthode de simulation appropriée aux systèmes complexes : preuve de concept auto-adaptative et auto-apprenante appliquée aux transferts thermiques." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2017. http://www.theses.fr/2017EMAC0005/document.

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Abstract:

L’augmentation de la puissance informatique disponible permet aux ingénieurs et designers d’aborder par simulation des problèmes de plus en plus complexes (multi-physiques, multi-échelles, géométries intriquées ...). Dans ce contexte, les quadratures à base de discrétisation (FDM, FEM, FVM) montrent leur limite : le besoin d’un grand nombre de sous-domaines qui implique des coûts RAM et CPU prohibitifs. La méthode de Monte-Carlo apparaît plus appropriée, mais son utilisation est verrouillée par la difficulté de générer des modèles probabilistes de systèmes complexes. Pour surpasser ceci, une approche systémique est proposée et implémentée pour créer une preuve de concept appliquée à la simulation des transferts thermiques couplés. Après une étape de validation vis-à-vis de solutions analytiques, l’outil est employé; sur des cas d’illustration (transferts thermiques au sein de bâtiments et dans une centrale solaire) pour étudier ses capacités. L’approche mise en œuvre présente un comportement particulièrement avantageux pour la simulation de systèmes complexes : son temps de calcul ne dépend que des parties influentes du problème. De plus, elles sont automatiquement identifiées, même en présence de géométries étendues ou intriquées, ce qui rend les simulations auto-adaptatives. Par ailleurs, ses performances de calcul ne sont pas corrélées avec le rapport d’échelle caractérisant le système simulé. Ceci en fait une approche douée d’une remarquable capacité à traiter les problèmes à la fois multi-physiques et multi-échelles. En parallèle de l’estimation d’une observable par des chemins d’exploration, l’outil analyse également ces derniers de manière statistique. Ceci lui permet de générer un modèle prédictif réduit de l’observable, procurant ainsi une capacité d’auto-apprentissage à la simulation. Son utilisation peut améliorer les processus d’optimisation et de contrôle-commande, ou simplifier les mesures par méthodes inverses. De plus, elle a aussi permis de mener une analyse par propagation d’incertitudes, affectant les conditions aux frontières, vers l’observable. Enfin, une démonstration d’optimisation, utilisant des modèles réduits générés, a été réalisée
As computing power increases, engineers and designers tackle increasingly complex problems using simulation (multiphysics, multiscale, intricated geometries ...). In this context, discretization-based quadratures (FDM, FEM, FVM) show their limit: the need of a great number of sub-domains which induces prohibitive consumption of RAM and CPU power. The Monte Carlo method appears to be more appropriate, but the difficulty to build probabilistic models of complex systems forms a bottleneck. A systemic approach is proposed to alleviate it and is implemented to create a proof-of-concept dedicated to the coupled heat transfer simulation. After a successful validation step against analytical solutions, this tool is applied to illustrative cases (emulating heat transfer in buildings and in solar heating systems) in order to study its simulation capabilities.This approach presents a major beneficial behavior for complex systems simulation: the computation time only depends on the influential parts of the problem. These parts are automatically identified, even in intricate or extensive geometries, which makes the simulation self-adaptive. In addition, the computational performance and the system scale ratio are completely uncorrelated. Consequently, this approach shows an exceptional capacity to tackle multiphysics and multiscale problems. Each temperature is estimated using exploration paths. By statistically analyzing these paths during the process, the tool is able to generate a reduced predictive model of this physical quantity, which is bringing a self-learning capacity to the simulation. Its use can significantly improve optimization and control of processes, or simplify inverse measurements. Furthermore, based on this model, an uncertainty propagation analysis has been performed. It quantifies the effect of uncertainties affecting boundary conditions on the temperature. Finally a Particle Swarm Optimization (PSO) process, based on simulations done by the framework, is successfully carried out

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Léonard, Sébastien. "Hétérogénéité dynamique et échelles de longueur dans les systèmes vitreux hors-équilibre." Phd thesis, Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20142.

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Abstract:

L'origine microscopique du ralentissement de la dynamique dans les systèmes vitreux peut être attribuée à la nature hétérogène de la dynamique apparaissant à l'approche de la température de transition vitreuse. Dans ce travail, nous caractérisons cette hétérogénéité dynamique dans le cadre d'une dynamique hors-équilibre en nous basant sur l'étude numérique et analytique de modèles à contraintes cinétiques. Nous mesurons ainsi le temps de vie de l'hétérogénéité dynamique et démontrons que dans le cas des verres fragiles, il augmente plus rapidement que le temps de relaxation du système. Nous caractérisons aussi les régimes de vieillissement des modèles étudiés en établissant l'existence d'un lien avec la dynamique de modèle de marcheurs aléatoires. Enfin nous mesurons la violation du théorème fluctuation-dissipation et montrons que le signe négatif des températures effectives trouvées est une conséquence directe de la nature thermiquement activée de la dynamique
Our theoretical understanding of the glass transition remains incomplete. The microscopic origin of the dynamic slowing down can be explained by the presence of spatial heterogeneities which have been observed experimentally and numerically in various glass-formers. In this work, we characterize the dynamical heterogeneities during a nonequilibrium dynamics. Our analysis is based on detailed theoretical and numerical results for the activated aging regime of simple kinetically constrained models. We shown that fragile glasses close to their glass transition exhibit a lifetime of dynamic heterogeneities larger than their relaxation time. We find also that the aging dynamics of these models can be described in term of very special class of random walks. Moreover, the measurement of the violation of the fluctuation-dissipation theorem leads to negative effective temperature which is a direct consequence of the thermally activated dynamics

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Butano, Matteo. "Mean-Field Games Applied to Pedestrian Dynamics." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP064.

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Abstract:

Cette thèse explore la dynamique des piétons à travers des observations expérimentales et des simulations, en se concentrant sur l'aspect opérationnel. Des expériences avec des foules contrôlées révèlent que les piétons manifestent des comportements anticipatoires qui dévient du comportement granulaire. Cette thèse remet en question deux modèles existants de dynamique des piétons, de complexité différente, en montrant leurs limites à capturer les comportements anticipatoires observés. Ces modèles sont jugés trop myopes, se concentrant sur des décisions à court terme sans tenir compte de manière adéquate des anticipations à long terme. Pour remédier à ces lacunes, ce travail propose un modèle basé sur la théorie des jeux à champ moyen (MFG). Les modèles MFG, qui combinent le contrôle optimal et la théorie des jeux, décrivent les interactions entre un grand nombre d'agents via leur densité moyenne. Le modèle MFG prédit avec succès les schémas d'anticipation expérimentaux en incorporant un taux de réduction qui ajuste l'importance des événements futurs dans le processus d'optimisation. De plus, la thèse présente deux projets corollaires. Le premier a pour but d'integrer les MFG avec des modèles microscopiques basés sur les agents pour traiter des scénarios nécessitant des interactions individuelles détaillées, comme les évacuations. Le second explore l'utilisation des Physics Informed Neural Networks pour résoudre les équations des MFG
This thesis explores pedestrian dynamics through experimental observations and simulations, focusing on the operational layer of pedestrian movement. Experiments involving a controlled crowd and a moving cylindrical obstacle, reveal that pedestrians exhibit anticipatory behaviors that deviate from granular behavior. The thesis challenges two existing pedestrian dynamics models, of different complexity showing their limitations in capturing the observed anticipatory behaviors. These models are found to be too myopic, focusing on short-term decisions without adequately accounting for long-term anticipations. To address these shortcomings, this work proposes a model based on the theory of Mean-Field Games (MFG). MFG models, which combine optimal control and game theory, describe interactions among a large number of agents via their average density, simplifying the mathematical framework. The MFG model successfully predicts the experimental anticipation patterns by incorporating a discount factor that adjusts the weight of future events in the optimization process. Additionally, the thesis presents two corollary projects. The first has the goal to integrate MFG with agent-based microscopic models to handle scenarios requiring detailed individual interactions, such as evacuations. The second explores using Physics Informed Neural Networks to solve MFG equations

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Dichio, Vito. "The exploration-exploitation paradigm : a biophysical approach." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS402.

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Abstract:

L'étude des systèmes vivants est notoirement difficile. La complexité déconcertante des systèmes biologiques, souvent citée, est principalement due à la complexité de leurs interactions, à leurs multiples niveaux d'organisation et à leur nature dynamique. Dans la quête de compréhension de cette complexité, les parallèles établis avec la physique standard - en particulier la physique statistique - sont à la fois utiles et d'une utilité limitée. D'une part, ils fournissent un riche ensemble d'éléments théoriques et méthodologiques pour construire des théories et concevoir des expériences. D'autre part, la vie biologique se déroule aussi selon des principes qui sont sans équivalent dans la physique de la matière conventionnelle. Une différence cruciale réside dans la notion de fonction : les systèmes biologiques sont façonnés par la nécessité d'accomplir des tâches spécifiques. Un problème général pour les systèmes vivants est de trouver et de promouvoir les configurations qui produisent des fonctions améliorées ou optimales, ce que nous appelons le problème de l'exploration-exploitation (EE). Un exemple spécifique de ce problème se trouve dans la biologie évolutive. Dans ce cas, des mutations génétiques aléatoires soutiennent l'exploration de l'espace de configuration, celles qui correspondent à un succès reproductif plus élevé étant favorisées par la sélection naturelle. Inspirés par ce dernier cas, nous développons un nouveau formalisme qui encode une dynamique générale d'exploration-exploitation pour les réseaux biologiques, représentée comme une exploration d'un paysage fonctionnel. En particulier, notre dynamique d'EE consiste en des changements de configuration stochastiques combinés à l'optimisation dépendante de l'état d'une fonction objective (métrique F). Nous commençons par étudier ses principales caractéristiques à travers l'étude de paysages fonctionnels simples et analytiquement traitables. Nous déployons des simulations pour des applications plus générales et plus complexes. Nous nous penchons ensuite sur le problème du câblage du cerveau, c'est-à-dire le développement du système nerveux d'un individu tout au long de sa vie. Nous soutenons que ce dernier est un autre exemple spécifique du problème de l'EE et qu'il peut donc être traité à l'aide de notre cadre théorique. En particulier, nous nous concentrons sur la maturation du cerveau chez le nématode C. elegans, le seul organisme pour lequel un réseau complet de neurones et de connexions neuronales a été reconstruit, à plusieurs moments du développement. Nous fixons le réseau à la naissance et utilisons le stade adulte pour déduire (i) une description max.ent. parcimonieuse (ERG) de la métrique F pour le cerveau du ver et (ii) les deux paramètres de notre dynamique EE. Selon la topographie de son paysage fonctionnel, le cerveau adulte est caractérisé par une tendance à former des triades et des nœuds de degré supérieur. Nous montrons que notre dynamique d'EE dans un tel paysage est capable de retracer toute l'histoire du développement. En particulier, nous montrons que la trajectoire que nous obtenons reproduit étroitement les autres points temporels expérimentaux que nous n'avons pas utilisés pour l'inférence. Ceci est vrai à la fois dans l'espace des statistiques du modèle et pour un certain nombre d'autres propriétés du réseau. En outre, nous discutons d'une interprétation micro-niveau de la dynamique de l'EE en termes de processus sous-jacent de formation des synapses. Notre étude est un premier pas vers la compréhension au niveau du système du développement d'un cerveau naturel et peut être étendue (i) à des paysages fonctionnels plus complexes, (ii) à d'autres organismes que le C. elegans et (iii) à d'autres problèmes que le câblage du cerveau. En effet, nous pensons que le paradigme de l'exploration-exploitation fait partie de ces principes spécifiques à la vie que nous commençons à peine à découvrir
The study of living systems is notoriously challenging. The often-quoted daunting complexity of biological systems is primarily due to the intricacies of their interactions, their multiple organisation levels and their dynamic nature. In the quest to understand this complexity, parallels drawn with standard physics – in particular, statistical physics -- are both useful and of limited use. On the one hand, they provide a rich set of theoretical and methodological building blocks for constructing theories and designing experiments. On the other hand, life also unfolds according to principles that are unparalleled in the physics of conventional matter. A crucial difference lies in the notion of function: biological systems are shaped by the need to perform specific tasks. A general problem for living systems is to find and promote those configurations that yield improved or optimal functions, we call this the exploration-exploitation (EE) problem. One specific instance of the above is found in evolutionary biology. There, random genetic mutations sustain the exploration of the configuration space, with those leading to higher reproductive success being favoured by natural selection. Inspired by the latter, we develop a novel formalism that encodes a general exploration-exploitation dynamics for biological networks. In particular, our EE dynamics is represented as an exploration of a functional landscape and consists of stochastic configuration changes combined with the state-dependent optimisation of an objective function (F metric). We begin by investigating its main features through the study of simple, analytically tractable functional landscapes. We deploy simulations for more general and complex applications. We then turn to the brain wiring problem, i.e., the development of an individual's nervous system during its early life. We argue that this is another specific instance of the EE problem and therefore can be addressed by using our theoretical framework. In particular, we focus on brain maturation in the nematode C.elegans, the only organism for which a complete network of neurons and neuronal connections has been reconstructed, at multiple developmental time points (seven). We fix the network at birth and use the adult stage to infer (i) a parsimonious maxent (ERG) description of the F metric for the worm brain and (ii) the two parameters of our EE dynamics. According to the topography of its functional landscape, the adult brain is characterised by a tendency to form both triads and high degree nodes. We demonstrate that our EE dynamics in such landscape is capable of tracking down the entire developmental history. In particular, we show that the trajectory we obtain closely reproduces the other experimental time points that we did not use for inference. This is true both in the space of model statistics and for a number of other network properties. Additionally, we discuss a micro-level interpretation of the EE dynamics in terms of the underlying synapse formation process. Our study is a first step towards the system-level understanding of the development of a natural brain and can be extended (i) to encompass more complex functional landscapes, (ii) to different organisms than the C. elegans and (iii) to several different problems than the brain wiring. Indeed, we posit that the exploration-exploitation paradigm is among those life-specific principles that we are just beginning to uncover

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Orio, Maylis. "Étude par la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité des propriétés électroniques et magnétiques de complexes de fer. Application aux systèmes de types Catalase et Fer-Soufre." Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10184.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'articule selon deux axes principaux et vise à modéliser, au moyen de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), des grandeurs spectroscopiques (Mössbauer, RPE et magnétisme) mesurées pour des systèmes bioinorganiques à base de fer. La première partie de ce travail est relative au calcul théorique de deux quantités caractéristiques issues de la spectroscopie Mössbauer : le déplacement isomérique  et de l'éclatement quadripolaire ΔEQ. Dans un premier temps, des corrélations calculs-expérience ont été mises en place pour l'étude de simples complexes de fer. Dans un second temps, nous nous sommes intéressée à l'étude d'un système biologique, la catalase, qui est un composé héminique à base de fer, afin d'en caractériser les différentes formes. La seconde partie de ce travail a été dédiée à la rationalisation des variations conjointes de deux grandeurs spectroscopiques RPE : la valeur moyenne de tenseur , gav (= (∑gi)/3), et la constante d'échange effective, Jeff. Nous avons considéré un ensemble d’agrégats de type [2Fe-2S] issus de systèmes biologiques (ferrédoxines, protéines Rieske, xanthine oxidases, etc) et nous avons modélisé ces derniers paramètres via un modèle phénoménologique mettant en compétition deux termes antagonistes : le terme B de double-échange traduisant la délocalisation électronique entre les sites de fer et le terme de piégeage ΔE. Contribuant à la localisation préférentielle de l’électron réducteur sur l’un des deux sites de fer. Nous avons pu exprimer analytiquement gav et Jeff en fonction du ratio ΔE/B et expliquer la source des variations observées
This PhD work is divided into two parts and aims at modeling some spectroscopic quantities (Mössbauer, EPR and magnetism) measured in iron containing bioinorganic systems with Density Functional Theory (DFT). The first part of this work deals with the theoretical calculation of two Mössbauer parameters: the isomeric shift  and the quadrupole splitting ΔEQ. First, correlations between calculations and experimental data have been established for simple iron complexes. Second, we have been interested in the investigation of a biological system, catalase, an iron containing heme, and we have tried to characterize its various forms. The second part of this work was devoted to rationalizing the variations of two parameters: the EPR g-average value, gav (= (∑gi)/3), and the effective exchange coupling constant Jeff. We have considered a set of [2Fe-2S] clusters in biological systems (ferredoxins, Rieske proteins, xanthine oxydases, etc). We have modeled these quantities with a phenomenological model involving the competition between two antagonist terms: the double exchange term B which reflects electronic delocalization between the iron sites and the trapping term ΔE which preferentially localizes the reducing electron on one iron site. We have been able to express analytically gav et Jeff as a function of the ratio ΔE/B allowing us to explain the source of the observed variations

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Halbert, Stéphanie. "Étude du comportement dynamique de systèmes catalytiques greffés sur silice." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01005016.

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Abstract:

Ce mémoire présente une méthodologie théorique pour comprendre l'origine de différence de comportement dynamique de complexes alkylidènes, catalyseurs de type Schrock de la métathèse des oléfines, greffés un support de silice amorphe. Dans un travail antérieur, les différences entre les valeurs de l'anisotropie de déplacement chimique (CSA) obtenues par des mesures de RMN du solide et celles estimées par le calcul pour des systèmes figés avaient conduit à suggérer des régimes dynamiques différents pour ces complexes, certains étant proposés comme immobiles, d'autres comme mobiles. Dans le premier groupe se trouve les complexes du molybdène et dans le second les complexes du tungstène, rhénium et tantale. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes donc attachés à mettre en place une méthodologie pour déterminer ces CSA et donc la nature de la dynamique de chaque système qui conduit au CSA moyenné. Nous nous sommes d'abord intéressés à des systèmes moléculaires pour révéler des interactions non covalentes entre les complexes et le support silice à partir d'une approche de type petit cluster en utilisant divers niveaux de calculs DFT et modèles moléculaires. Cette modélisation moléculaire de la silice étant insuffisante, nous avons entrepris une modélisation de la surface de silice amorphe par dynamique moléculaire classique dont les caractéristiques ont été comparées aux données expérimentales existantes. Le comportement dynamique de ces systèmes greffés sur silice amorphe a été simulé par dynamique moléculaire ab initio QM/MM, couplant une description quantique du complexe organométallique à une description classique du support. Ces études dynamiques ont conduit à des valeurs de CSA moyennées dans le temps de la dynamique. La comparaison de ces valeurs calculées et des valeurs expérimentales a permis d'apporter des éléments de réponse sur l'origine des différences de comportement dynamique de ces complexes alkylidènes. De façon remarquable des mouvements d'ensemble des espèces greffées par rapport à la surface de silice et des modification de la coordination du métal par l'apparition d'interaction agostique contribuent à moyenner le CSA.

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Kekatos, Nikolaos. "Vérification formelle des systèmes cyber-physiques dans le processus industriel de la conception basée sur modèle." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAM081/document.

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Abstract:

Les systèmes cyber-physiques sont une classe de systèmes complexe, de grande échelle, souvent critiques de sûreté, qui apparaissent dans des applications industrielles variées. Des approches de vérification formelle sont capable de fournir des garanties pour la performance et la sûreté de ces systèmes. Elles nécessitent trois éléments : un modèle formel, une méthode de vérification, ainsi qu’un ensemble de spécifications formelles. En revanche, les modèles industriels sont typiquement informels, ils sont analysés dans des environnements de simulation informels et leurs spécifications sont décrits dans un langage naturel informel. Dans cette thèse, nous visons à faciliter l’intégration de la vérification formelle dans le processus industriel de la conception basé sur modèle.Notre première contribution clé est une méthodologie de transformation de modèle. A partir d’un modèle de simulation standard, nous le transformons en un modèle de vérification équivalent, plus précisément en un réseau d’automates hybrides. Le processus de transformation prend en compte des différences de syntaxes, sémantique et d’autres aspects de la modélisation. Pour cette classe de modèle formel, des algorithmes d’atteignabilité peuvent être appliqués pour vérifier des propriétés de sûreté. Un obstacle est que des algorithmes d’atteignabilité se mettent à l’échelle pour des modèles affines par morceaux, mais pas pour des modèles non linéaires. Pour obtenir des surapproximations affines par morceaux des dynamiques non linéaires, nous proposons une technique compositionnelle d’hybridisation syntaxique. Le résultat est un modèle très compact qui retient la structure modulaire du modèle d’origine de simulation, tout en évitant une explosion du nombre de partitions.La seconde contribution clé est une approche pour encoder des spécifications formelles riches de façon à ce qu’elles peuvent être interprétées par des outils d’atteignabilité. Nous prenons en compte des spécifications exprimées sous forme d’un gabarit de motif (pattern template), puisqu’elles sont proche au langage naturel et peuvent être compris facilement par des utilisateurs non experts. Nous fournissons (i) des définitions formelles pour des motifs choisis, qui respectent la sémantique des automates hybrides, et (ii) des observateurs qui encodes les propriétés en tant qu’atteignabilité d’un état d’erreur. En composant ces observateurs avec le modèle formel, les propriétés peuvent être vérifiées par des outils standards de vérification qui sont automatisés.Finalement, nous présentons une chaîne d’outils semi-automatisée ainsi que des études de cas menées en collaboration avec des partenaires industriels
Cyber-Physical Systems form a class of complex, large-scale systems of frequently safety-critical nature in various industrial applications. Formal verification approaches can provide performance and safety guarantees for these systems. They require three elements: a formal model, a formal verification method, and a set of formal specifications. However, industrial models are typically non-formal, they are analyzed in non-formal simulation environments, and their specifications are described in non-formal natural language. In this thesis, we aim to facilitate the integration of formal verification into the industrial model-based design process.Our first key contribution is a model transformation methodology. Starting with a standard simulation model, we transform it into an equivalent verification model, particularly a network of hybrid automata. The transformation process addresses differences in syntax, semantics, and other aspects of modeling. For this class of formal models, so-called reachability algorithms can be applied to verify safety properties. An obstacle is that scalable algorithms exist for piecewise affine (PWA) models, but not for nonlinear ones. To obtain PWA over-approximations of nonlinear dynamics, we propose a compositional syntactic hybridization technique. The result is a highly compact model that retains the modular structure of the original simulation model and largely avoids an explosion in the number of partitions.The second key contribution is an approach to encode rich formal specifications so that they can be interpreted by tools for reachability. Herein, we consider specifications expressed by pattern templates since they are close to natural language and can be easily understood by non-expert users. We provide (i) formal definitions for select patterns that respect the semantics of hybrid automata, and (ii) monitors which encode the properties as the reachability of an error state. By composing these monitors with the formal model under study, the properties can be checked by off-the-shelf fully automated verification tools.Furthermore, we provide a semi-automated toolchain and present results from case studies conducted in collaboration with industrial partners

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Martinet, Lucie. "Réseaux dynamiques de terrain : caractérisation et propriétés de diffusion en milieu hospitalier." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1010/document.

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Abstract:

Durant cette thèse, nous nous sommes intéressés aux outils permettant d'extraire les propriétés structurelles et temporelles de réseaux dynamiques ainsi que les caractéristiques de certains scénarios de diffusion pouvant s'opérer sur ces réseaux. Nous avons travaillé sur un jeu de données spécifiques, issu du projet MOSAR, qui comporte entre autre le réseau de proximité des personnes au cours du temps durant 6 mois à l'hôpital de Berk-sur-mer. Ce réseau est particulier dans le sens où il est constitué de trois dimensions: temporelle, structurelle par la répartition des personnes en services et fonctionnelle car chaque personne appartient à une catégorie socio-professionnelle. Pour chacune des dimensions, nous avons utilisé des outils existants en physique statistique ainsi qu'en théorie des graphes pour extraire des informations permettant de décrire certaines propriétés du réseau. Cela nous a permis de souligner le caractère très structuré de la répartition des contacts qui suit la répartition en services et mis en évidence les accointances entre certaines catégories professionnelles. Concernant la partie temporelle, nous avons mis en avant l'évolution périodique circadienne et hebdomadaire ainsi que les différences fondamentales entre l'évolution des interactions des patients et celle des personnels. Nous avons aussi présenté des outils permettant de comparer l'activité entre deux périodes données et de quantifier la similarité de ces périodes. Nous avons ensuite utilisé la technique de simulation pour extraire des propriétés de diffusion de ce réseau afin de donner quelques indices pour établir une politique de prévention
In this thesis, we focus on tools whose aim is to extract structural and temporal properties of dynamic networks as well as diffusion characteristics which can occur on these networks. We work on specific data, from the European MOSAR project, including the network of individuals proximity from time to time during 6 months at the Brek-sur-Mer Hospital. The studied network is notable because of its three dimensions constitution : the structural one induced by the distribution of individuals into distinct services, the functional dimension due to the partition of individual into groups of socio-professional categories and the temporal dimension.For each dimension, we used tools well known from the areas of statistical physics as well as graphs theory in order to extract information which enable to describe the network properties. These methods underline the specific structure of the contacts distribution which follows the individuals distribution into services. We also highlight strong links within specific socio-professional categories. Regarding the temporal part, we extract circadian and weekly patterns and quantify the similarities of these activities. We also notice distinct behaviour within patients and staff evolution. In addition, we present tools to compare the network activity within two given periods. To finish, we use simulations techniques to extract diffusion properties of the network to find some clues in order to establish a prevention policy

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Martinez, Nicolas. "Etudes structurales et dynamiques du système de transport bactérien FhaB/FhaC et du complexe de réplication des Rhabdoviridae." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00721739.

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Abstract:

L'objectif de la thèse était d'étudier les propriétés structurales et dynamiques de deux systèmes biologiques, avec une approche centrée sur les techniques de diffusion de neutrons. Les premier système biologique porte sur le système de transport FHA/FhaC de la bactérie à Gramm négatif Bordetella pertussis. C'est un modèle pour le système de transport bactérien à deux partenaires (TPS), qui est largement utilisé par de nombreuses bactéries à Gramm negatif, essentiellement pour excréter des facteurs de virulence. Cette thèse comporte une analyse structurale sur le complexe chaperonneprotéine client Fha30/Par27 mais aussi une étude sur les propriétés mécaniques de Fha30, qui possède une structure particulière en hélice beta. Le deuxième système porte sur le complexe de réplication des virus de la famille des Rhabdoviridae. Outre son importance en termes de santé humaine, le complexe de réplication comporte des protéines aux propriétés qui, sur le plan structural, sont très intéréssantes, comme par exemple la phosphoprotéine qui comporte des parties structurées reliées par des parties dépourvues de structure. On trouvera dans cette thèse une étude des propriétés dynamiques des différents domaines de la phosphoprotéine, mais aussi une étude structurale sur le complexe que celle-ci forme avec la nucleoprotéine.

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Holovatch, Taras. "Réseaux de transport complexes : résilience, modélisation et optimisation." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00652784.

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Abstract:

Dans cette étude, nous produisons une analyse des réseaux de transport publics (acronyme PTN en anglais) en combinant des outils de la théorie des réseaux complexes, des simulations numériques et des approches analytiques. Nous avons commencé par une analyse empirique des PTN de 14 villes importantes dans le monde et en avons déterminé les principales caractéristiques en termes de réseaux complexes. Cette apporche empirique montre que les PTN apparaissent comme des réseaux ("small world") fortement corrélés avec des "coefficients d'agrégation" élevés et des "distances les plus courtes moyennes" comparativement faibles. Nous avons ensuite introduit divers modèles de PTN à 1 et 2 dimensions. Le modèle de marches aléatoires auto-évitantes (SAW) en interactions mutuelles capture certaines des propriété statistiques des PTN dans les divers modes de représentation. Nous avons poursuivi cette étude en examinant la résistance des PTN à divers scénarios d'attaques, ce qui permet de définir des critères de robustesse des réseaux considérés.

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Boussoualem, Mourad. "Contribution à l'optimisation de la qualité de régulation lumineuse de films composites : études physicochimiques aux interfaces matrices-fluides complexes." Littoral, 2005. http://www.theses.fr/2005DUNK0127.

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Abstract:

La perspective générale de ce travail parle sur la relation entre les propriétés structurales et le comportement électrooptique des dispersions cristal liquide/polymère afin de contribuer à une meilleure connaissance des paramètres qui influencent leur comportement sous champ électrique. Plus fondamentalement, les phénomènes de polarisation, de confinement (rapport surface/volume) et la nature de l'ancrage sont investigués. Dans un premier temps, les propriétés thermophysiques, optiques et électriques, de composites polymère-cristal liquide ont été étudiées dans le cas d'un système modèle simple composé d'un polymère parfaitement caractérisé (polystyrène monodispersé (PS)) et d'un cristal liquide nématique (5CB). L'étude thermophysique par calorimétrie (AED) et microscopie optique polarisée (MOP) a montré que les diagrammes de phases présentent une température critique maximale de démixtion ainsi qu'un large domaine d'incompatibilité caractérisé par un domaine Isotrope-Isotrope. La spectroscopie diélectrique a permis de mettre en évidence un mécanisme de relaxation à basse fréquence qui est étroitement lié à la morphologie de l'échantillon. La corrélation entre les résultats des études diélectriques et électrooptiques a montré qu'au voisinnage du domaine d'absorption basse fréquence une diminution importante de la transmittance a lieu. Ce phénomène a été attribué au processus de relaxation interfaciale (Maxwell-Wagner-Sillars (MWS)) résultant de l'accumulation des charges à l'interface gouttelette-polymère lesquelles écrantent le champ électrique externe appliqué. Dans un second temps, l'étude du systèmePS/8CB a mis en évidence l'influence du confinement qur la réponse électrooptique, d'une part, et, d'autre part, sur le paramètre d'ordre de la phase liquide cristalline ségréguée. L'AED a montré que la fraction de cristal liquide ségréguée est de l'ordre de 55 % pour les deux systèmes étudiés (gouttelettes microniques et gouttelettes submicroniques). L'étude en diffraction de rayons X a montré que dans le cas de goutelettes microniques, le cristal liquide confiné présente des caractéristiques du mésogène à l'état massif (smectique A), alors que dans le cas de goutelettes submicroniques, le cristal liquide confiné adopte une structure de type smectogène. Dans un troisième temps, l'étude comparative de deux systèmes structurellement proches a montré la capacité d'imposer un ancrage donné grâce à la modification de la chaîne latérale de la matrice polyacrylate et que les meilleures performances électrooptiques ont été obtenues avec le système présentant un ancrage planaire. Ce résultat a été attribué à la dynamique de réorientation des gouttelettes qui est plus rapide, en tension et en fréquence, dans le cas d'un ancrage planaire comparativement à un ancrage homéotrope des gouttelettes. Enfin, la réalisation d'afficheurs "tout plastique" combinant la bonne tenue mécanique des films PDLC et l'utilisation de substrats plastiques recouverts d'électrodes organiques conductrices, a été mise en évidence. La présence d'un mode de relaxation basse fréquence attribué à la polarisation interfaciale (effet MWS) et un processus de relaxation à plus haute fréquence correspondant, a priori, à la charge en surface des électrodes organiques, a permis de réaliser un filtre électrooptique interférentiel
This work is devoted to the study of the relationship existing between the structural properties and the elctro-optical behaviour of liquid crystal/polymer dispersions. In particular, the physical parameters influencing the electrical and electrooptical characteristics are investigated. Polarization field effect, confinement (surface/volume ratio) effect, and anchoring conditions at the polymer/liquid crystal interface are studied. First, thermophysical, optical and electrical properties of a model system are investigated. This system consists in a perfectly characterized polymer (monodisperse polystyrene (PS)) and a nematic liquid crystal (5CB). Calorimetry (DSC) and polarized optical microscopy (POM) were used to establish the phase diagram which exhibits a upper critical solution temperature (USCT) shape with a wide immiscibility gap (Isotropic-Isotropic). Broadband dielectric spectroscopy experiments have been carried showing that a relaxation mechanism exists at low frequency. This mechanism is closely related to the heterogeneous morphology of the sample. The correlationbetween the dielectric and electro-optical studies showed that in the vicinity of the low frequency absorption domain a drastic decrease in the optical transmittance occurs. This phenomenon can be related to an interfacial polarisation process (Maxwell-Wagner-Sillars effect (MWS)) resulting from a charge accumulation at the droplet-polymer interface. Second, the influence of confinement on the order parameter of the confined liquid crystal phase and polarisation field effects have been investigated on PS/8CB mixtures. DSC measurements allowed to estimate the phase-separated liquid crystal (8CB) fraction, which was found in the range of 55 % for both micron-size and submicron-size droplets. X-ray diffraction (XRD) experiments showed that smectic 8CB confined to micron-size cavities adopt bulk-like properties, i. E. , a partial bilayer structure, whereas in submicron-size droplets the layer spacing of the smectic phase is increased due to the strong bending deformations inducing by the high curvature of the cavity walls. Third, a comparative study of two structurally close systems showed the ability to impose given anchoring conditions using various lateral substituants for the polymer matrix. Best electro-optical performances were obtained with the system showing a planar anchoring in the droplets. This result was related to faster reorientation dynamics of the liquid crystal droplets, in the case of a planar anchoring compared to that of a homeotropic anchoring of the liquid crystal molecules. Finally, "all plastic" display devices were reported combining the mechanical performance of polymer dispersed liquid crystal film and the use of plastic substrates covered with conducting organic electrodes. A low frequency relaxation process was observed corresponding to interfacial polarization process (MWS effect) as well as a relaxation mechanism at high frequency associated with a charge accumulation at the electrode surface

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Moran, José. "Statistical physics and anomalous macroeconomic fluctuations." Thesis, Paris, EHESS, 2020. http://www.theses.fr/2020EHES0106.

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Abstract:

Comment des perturbations à l'échelle de l'individu peuvent-elle devenir des grandes fluctuations à l'échelle de l'économie? Cette question, malgré son étude depuis des décennies, est encore ouverte. Dans cet ouvrage, j'étudie cette énigme à l'aide de méthodes issues de la physique statistique. En partant d'une analyse approfondie des distributions en loi de puissance, je montre qu'une compréhension claire de leur origine et de leurs propriétés permet de mieux appréhender leurs conséquences socioéconomiques. Je propose ensuite un modèle d'économie en réseau, où les entreprises dépendent les unes des autres pour produire, de sorte que la nature même de leurs interactions peut les rendre susceptibles d'amplifier des fluctuations. Ensuite, je soumets au lecteur une étude empirique des propriétés statistiques des taux de croissance et fournis un cadre permettant d'étudier leur dynamique. Dans la partie finale je m'intéresse à des modèles qui exhibent des phénomènes collectifs non-triviaux parce qu'ils considèrent des effets d'imitation ou de mémoire dans les décisions prises par les individus, montrant bien la nécessité de tenir compte de la possible complexité des différentes parties constitutives des modèles économiques
How do microscopic perturbations at the level of an individual grow to become macroscopic fluctuations of the whole economy? Despite decades of effort, this puzzle remains open. In this work, I tackle this problem using methods and techniques from statistical physics. Beginning with a thorough analysis of power law distributions, I argue that understanding their origin and properties helps in elucidating their socio-economic consequences. I then explore a model of an economy where firms interact through a {\em production network} in a way that causes them to be intrinsically prone to amplify fluctuations. Later on, I conduct an empirical survey of the statistical properties of firm growth rates and provide a framework to study their dynamics. I finally move onto models where non-trivial collective phenomena arise from imitation and memory effects at the level of the individual, highlighting the need of accounting for complexity in economic modelling

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Courtat, Thomas. "Promenade dans les cartes de villes - Phénoménologie mathématique et physique de la ville - une approche géométrique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00714310.

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Abstract:

Nous nous intéressons à la phénoménologie des villes en nous limitant à la géométrie induite par le squelette de leur réseau de rues. C'est une étude à volonté synthétique, fonctionnelle et interdisciplinaire qui vient s'ajouter aux travaux qui ont été menés à grande cadence depuis le début du XXème siècle par des urbanistes, sociologues, géographes, statisticiens, physiciens. Nous cherchons à montrer que la rue, en tant qu'alignement cohérent de segments de rues peut être considérée comme structure élémentaire de la ville. Quelle quantité d'information est donnée par la géométrie du réseau routier ? Dans quelle mesure contraint-il nos échanges ? Comment le paysage urbain actuel est-il déterminé par son évolution le long d'axes de circulation et d'éléments structurants ? Nous présentons un cadre mathématique permettant de considérer la carte d'une ville comme un continuum géométrique défi ni par la topologie d'un graphe planaire. Nous superposons à ce graphe une structure d'hypergraphe pour manipuler aisément la notion d'axes ainsi qu'une représentation multi-échelles de la ville. En dépit d'une grande diversité apparente de formes, nous montrons que le réseau de rues d'une ville se soumet à un certain nombre de lois générales qui laissent des traces sur le plan de la ville. Nous proposons des modèles de croissance et de morphogénèse de la ville, implé- mentant l'idée que l'évolution de la ville suit une logique d'extension / division structurée de l'espace et reproduisant les signatures observées sur les plans de villes réelles. La compréhension des mécanismes régulateurs de la ville nous permet de proposer des algorithmes fonctionnels dont le temps de calcul est très intéressant. Ainsi nous présentons un algorithme reconstituant les rues à partir de segments de rues ; la notion de centralité simple dont le calcul sur une carte permet une analyse hiérarchique de celle-ci, met en valeur les axes de trafic principaux et en évidence les zones mal desservies ; un algorithme permettant d'approximer rapidement le plus court chemin entre deux points aléatoires ; un algorithme prenant appui sur le Spectral Clustering pour produire des segmentations morphologiques de cartes et retravaillons l'identi cation de modèles de mosaïques aléatoires pour les substituer à un réseau urbain particulier dans la résolution par équivalents statistiques de grands problèmes d'optimisation.

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Bigot, Dimitri. "Contribution à l'étude du couplage énergétique enveloppe / système dans le cas de parois complexes photovoltaïques (PC - PV)." Phd thesis, Université de la Réunion, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00766755.

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Abstract:

Cette thèse présente un modèle thermique et électrique de paroi photovoltaïque (PV) intégrée ou semi-intégrée au bâtiment. La particularité du modèle est le transfert de chaleur entre le panneau et le bâtiment, décrit de telle manière que leurs modèles respectifs soient totalement couplés. Ceci a l'avantage de permettre la prédiction de l'impact de l'installation PV sur le champ de température du bâtiment et donc sur le confort thermique associé. Le but de l'étude est de mettre en évidence l'impact des panneaux PV en termes d'isolation thermique ou de protection solaire pour le bâtiment et la résultante en termes de gain énergétique. De plus, une séquence expérimentale a été menée à l'île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un rayonnement solaire important. Dans de telles conditions, il est important de minimiser la sollicitation thermique à travers l'enveloppe du bâtiment, en particulier la toiture. Le modèle est intégré à un code de simulation thermique du bâtiment (ISOLAB) et peut prédire l'impact des panneaux PV installés selon différentes configurations, mais aussi le productible photovoltaïque de l'installation. Finalement, l'étude expérimentale est utilisée pour fournir des éléments de validation du modèle numérique et une analyse de sensibilité est lancée pour mettre en évidence les paramètres les plus influents du modèle. Il a été démontré que les paramètres radiatifs du panneau PV ont un impact important sur le champ de température du bâtiment et que leur détermination doit être faite correctement. Les résultats de cette analyse sont ensuite utilisés pour optimiser le modèle thermique à l'aide du logiciel d'optimisation GenOpt.

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Abdeljabbar, Nourhene. "Conception d'une méthodologie appliquée aux modèles dynamiques multi-physiques à topologie dynamique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC016.

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Abstract:

La modélisation des systèmes mécatroniques nécessite le même type de méthodologie pour la conception et le prototypage de dispositifs mécatroniques. Une ingénierie unifiée et intégrée doit être déployée. Diverses approches sont actuellement proposées pour atteindre de la modélisation multi-physique comme la théorie des graphes, les approches équationnelles ou les techniques. Dans ce contexte, l’objectif de nos travaux de recherche est la conception d'une méthodologie appliquée aux modèles dynamiques multi-physiques à topologie dynamique. Pour une telle contribution, il est nécessaire de partir d’une approche existante. Cette approche porte sur la modélisation topologique puisqu’elle est basée sur les collections topologiques et les transformations. Cette approche topologique est utilisée pour modéliser les systèmes mécatroniques.Son point fort est la séparation de la topologie (loi d'interconnexion) et la loi de comportement (physique) qui permet la simplification de la modélisation de systèmes complexes que l'on peut décrire comme un ensemble d'interactions locales entre entités élémentaires. La thèse propose donc une nouvelle méthodologie nommée 4Mo(DS)2 qui se rapporte à la modélisation multi-niveaux, multi-domaines et multi-physiques basée sur des systèmes dynamiques qui ont des structures dynamiques. Cette méthodologie permet la modélisation topologique des modèles dynamiques multi-physiques à topologie dynamique pendant la phase de conception tout en prenant en compte les modifications topologiques, le contrôle et commande ainsi que l’intégration de la dimension deux dans leur structure topologique
Mechatronic systems modelling requires the same type of methodology for the design and prototyping of mechatronic devices. Unified and integrated engineering must be deployed. Various approaches are currently proposed to achieve multi-physics modeling such as graph theory, equational approaches or techniques. In this context, the objective of our research work is the design of a methodology applied to dynamic multi-physical models with dynamic topology. For such a contribution, it is necessary to start from an existing approach. This approach focuses on topological modelling since it is based on topological collections and transformations. This topological approach is used to model mechatronic systems.Its strong point is the separation of topology (interconnection law) and behavior law (physical) which allows the simplification of the modeling of complex systems that can be described as a set of local interactions between elementary entities. The thesis therefore proposes a new methodology named 4Mo(DS)2 which relates to multilevel, multi-physical and multi-domain modeling based on dynamic systems that have dynamic structures. This methodology allows the topological modeling of dynamic multi-physical dynamic topology models during the design phase while taking into account topological modifications, control and command as well as the integration of dimension two into their topological structure

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Orio, Maylis. "Etude par la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité des propriétés électroniques et magnétiques de complexes de fer. Application aux systèmes de types Catalase et Fer-Soufre." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00178652.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'articule selon deux axes principaux et vise à modéliser, au moyen de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), des grandeurs spectroscopiques (Mössbauer, RPE et magnétisme) mesurées pour des systèmes bioinorganiques à base de fer. La première partie de ce travail est relative au calcul théorique de deux quantités caractéristiques issues de la spectroscopie Mössbauer : le déplacement isomérique Δ et de l'éclatement quadripolaire ΔEQ. Dans un premier temps, des corrélations calculs-expérience ont été mises en place pour l'étude de simples complexes de fer. Dans un second temps, nous nous sommes intéressée à l'étude d'un système biologique, la catalase, qui est un composé héminique à base de fer, afin d'en caractériser les différentes formes. La seconde partie de ce travail a été dédiée à la rationalisation des variations conjointes de deux grandeurs spectroscopiques RPE : la valeur moyenne de tenseur , gav (= (∑gi)/3), et la constante d'échange effective, Jeff. Nous avons considéré un ensemble d'agrégats de type [2Fe-2S] issus de systèmes biologiques (ferrédoxines, protéines Rieske, xanthine oxidases, etc) et nous avons modélisé ces derniers paramètres via un modèle phénoménologique mettant en compétition deux termes antagonistes : le terme B de double-échange traduisant la délocalisation électronique entre les sites de fer et le terme de piégeage ΔE.contribuant à la localisation préférentielle de l'électron réducteur sur l'un des deux sites de fer. Nous avons pu exprimer analytiquement gav et Jeff en fonction du ratio ΔE/B et expliquer la source des variations observées.

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Foyart, Guillaume. "Fractures et instabilités de fluides viscoélastiques en cellule de Hele-Shaw." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01019314.

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Abstract:

Les mécanismes de fracture dans les matériaux solides ont été activement étudiés. Dans les fluides complexes, les fractures ont déjà été observées et sont jusqu'à présent beaucoup moins bien documentées. Nous avons choisi d'analyser les phénomènes de fracturation dans une classe particulière de fluides complexes : les gels transitoires auto-assemblés. Ces gels, viscoélastiques, possèdent la propriété de s'écouler aux temps longs et de se comporter de manière élastique aux temps courts. Nous avons axé cette thèse autour de trois systèmes modèles : des microémulsions connectées, des solutions de micelles géantes, ainsi qu'un système " hybride " constitué de solutions de micelles de morphologie contrôlable et connectées. Tous ces systèmes, qui sont à l'équilibre thermodynamique, se comportent comme des fluides de Maxwell, néanmoins leurs microstructures sont très différentes. Les microémulsions connectées sont formées de gouttelettes d'huile, stabilisées par des tensioactifs, dispersées dans de l'eau et connectées par des polymères téléchéliques. Les solutions de micelles géantes sont des agrégats allongés et semi-flexibles, enchevêtrés, résultant de l'auto-assemblage de tensioactifs en solution dans l'eau. Enfin, le système de micelles pontées est constitué d'agrégats de tensioactifs dont on peut contrôler la morphologie (sphères -> cylindres -> vers) et qui sont pontés par un polymère téléchélique. Ces trois systèmes ont été étudiés dans une géométrie confinée : une cellule de Hele-Shaw radiale. Elle est constituée de deux plaques de verre séparées par des espaceurs de taille contrôlée (500 µm) et percée d'un trou en son centre permettant l'injection de fluides.Nos expériences consistent en l'injection, à débit contrôlé, d'une huile faiblement visqueuse dans le gel. Le contraste de viscosité entre l'huile injectée et le gel étant important, l'interface huile/gel n'est pas stable. En fonction du débit d'injection d'huile, nous avons observé différents phénomènes. A bas débits d'injection, une instabilité visco-capillaire se développe : l'interface huile/gel se déforme et forme des motifs appelés doigts visqueux. Cette instabilité de Saffman-Taylor est bien connue pour des fluides visqueux. A plus haut débit en revanche, un autre type d'instabilité se développe, d'origine élasto-capillaire : les fractures.Nous avons quantifié les différences entre les deux types d'instabilité. En utilisant des techniques complémentaires, visualisation directe à l'aide d'une caméra rapide et vélocimétrie par corrélation d'images, nous avons montré qu'il existe une discontinuité entre la vitesse de l'interface huile/gel et la vitesse du gel à la pointe de fracture. Cette discontinuité est inexistante dans le cas de la digitation. Nous avons montré que la structure du gel influe sur la transition entre ces deux types d'instabilité. En étudiant les champs de déplacement des microémulsions connectées, nous avons caractérisé les déplacements du gel autour de la pointe, notamment la manière dont l'amplitude des déplacements du gel décroit quand on s'éloigne de la pointe de fracture. Quand la structure du gel peut se réorganiser sous écoulement, nous avons mesuré un signal de biréfringence associé à ces réorganisations. En étudiant ce signal, qui apparait à la pointe d'une fracture, nous avons pu réaliser une première mesure macroscopique de la taille d'une " zone de process ". Nous avons montré que cette zone est d'autant plus grande que la vitesse de la fracture est petite.Lors d'expériences consistant à injecter des solutions de micelles géantes dans elles-mêmes, nous avons découvert l'existence d'une instabilité d'écoulement inconnue jusqu'à aujourd'hui. Elle se caractérise par la perte transitoire de la symétrie radiale de l'écoulement et l'apparition de "branches " biréfringentes se propageant à de très hautes vitesses dans le gel et qui, au final, déforment l'interface air/gel.

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Suaud, Nicolas. "Calculs ab initio des intégrales de saut et d'échange dans des composés de métaux de transition." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007277.

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Abstract:

La première partie de mon travail de thèse a porté sur la discussion des conditions de validité d'un hamiltonien de Heisenberg pour représenter des systèmes à deux électrons célibataires par centre. Un développement perturbatif de l'hamiltonien de Hubbard sous-jacent à ces systèmes nous a permis de montrer les limites de l'hamiltonien de Heisenberg. Nous avons alors proposé un nouvel hamiltonien dont nous avons montré les avantages pour traiter ce type de système. Mon travail a ensuite porté sur l'évaluation des éléments de couplage entre sites magnétiques dans deux composés de métaux de transition. Les résultats de calculs ab initio ont permis de comprendre leur comportement et, dans le cas du NaV2O5, d'expliquer les apparentes contradictions entre différentes expériences. Le premier composé est un complexe moléculaire organique formé autour d'un ion Ni2+ (d8, deux électrons célibataires dans deux orbitales magnétiques dz2 et dx2-y2) qui a dans sa sphère de coordination deux radicaux nitroxydes (un électron célibataire chacun). Ce complexe a été obtenu sous deux formes cristallines très différentes. Dans la phase alpha, les deux nitroxydes sont équivalents et en position trans par rapport au centre de symétrie occupé par l'ion Ni2+. Dans la phase beta, les nitroxydes ne sont plus équivalents et l'angle "nitroxyde-Ni-nitroxyde" est proche de 90 degrés. Alors que la phase alpha présente des couplages antiferromagnétiques entre le nickel et les deux radicaux, la phase beta présente un couplage antiferromagnétique entre le nickel et l'un des deux nitroxydes tandis que le couplage avec l'autre nitroxyde est ferromagnétique. Mon travail a permis de préciser l'importance des différents paramètres géométriques quant aux couplages entre le nickel et les nitroxydes. L'autre système étudié, le NaV2O5, est un système cristallin à valence mixte. Il présente une structure en échelle à deux montants, les barreaux et les montants étant formés d'entités V-O-V. Il est l'un des deux seuls composés inorganiques pour lesquels une transition de type Spin-Peierls a été observée. Cette transition est bien connue théoriquement et a été observée sur des composés organiques où le magnétisme est unidimensionnel. Par contre, elle est beaucoup moins bien connue dans des cas plus complexes de composés inorganiques tels CuGeO3 et NaV2O5. J'ai étudié les structures haute température (au-dessus de la température de transition) et basse température de ce dernier composé. La première étape a consisté à valider le bain que nous avons choisi pour représenter (à coût numérique nul) les effets du reste du cristal sur le fragment étudié (deux vanadiums entourés des oxygènes de leur sphère de coordination). Cette démonstration est basée sur la comparaison entre la structure électronique obtenue sur le fragment immergé et celle obtenue à partir de calculs périodiques. La deuxième étape, une fois établie la validité du bain, a consisté, par une méthode d'interaction de configuration (IC) étendue, de traiter très précisément les effets de corrélation électronique, mécanismes fondamentaux dans les systèmes fortement corrélés. Une analyse détaillée et un traitement poussé, non seulement des écarts d'énergie entre les états du bas du spectre, mais aussi de leur fonction d'onde, a permis une description précise de la structure électronique du composé. L'analyse de ces résultats nous a amené à des conclusions intéressantes et reconnues par la communauté des physiciens du solide, expérimentateurs comme théoriciens. En effet, nous avons remis en cause le modèle t-J jusque-là admis pour représenter le comportement du composé. Nous avons montré que tout modèle réaliste doit prendre en compte explicitement (et non pas uniquement de manière effective) les électrons de l'orbitale pontante des oxygènes des barreaux. Par barreau, ce modèle repose alors sur 3 électrons délocalisés sur 3 orbitales (une pour chacun des atomes de l'entité V-O-V). Ce modèle implique que l'ordre charge et l'ordre de spin qui accompagnent la transition sont des phénomènes différents (bien que liés). Une évaluation de leur intensité nous a alors permis de conclure que l'ordre de charge est faible alors que l'ordre de spin est beaucoup plus grand. Ces résultats ont permis d'expliquer les apparentes contradictions entre expériences sensibles à la charge des électrons (conductivité optique, rayon X) et celles sensibles à leur spin (diffusion inélastique de neutrons, RMN). De plus, de récentes expériences de rayon X ont été menées pour évaluer expérimentalement avec précision l'ordre de charge. Parmi les deux situations permettant d'expliquer les observations, nos calculs ont permis d'en exclure une, l'autre donnant un ordre de charge entre les vanadiums de 0,08e, en bon accord avec nos résultats (0,05e).

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Dissertations / Theses on the topic 'Physique des Systèmes Complexes'

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