Tesis sobre el tema "Estimations des émissions"

Les tourbières sont largement présentes dans les hautes latitudes nord et plus particulièrement dans les régions de pergélisols. Elles contiennent un important stock de carbone et constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane. Leur représentation dans un modèle de climat estalors primordiale pour améliorer celle du cycle du carbone. De plus, la contribution des émissions de méthane des tourbières reste encore incertaine et de nombreuses incertitudes persistent. Les émissions de méthane des tourbières dépendent fortement du climat et sont influencées principalement par la température et l’humidité du sol. Parallèlement, le réchauffement climatique particulièrement prononcé à ces latitudes conduit au dégel des pergélisols avec une augmentation de la profondeur de la couche active. Ce grand réservoir de carbone peut être partiellement mobilisé et émis sous forme de CO2 ou CH4, en fonction des conditions hydrologiques à la surface.L’objectif de ces travaux de thèse consiste à représenter les tourbières des hautes latitudes dansle modèle de surface ORCHIDEE. Ce développement est effectué dans la version du modèle qui intègreles processus des hautes latitudes tels que le gel des sols. Les tourbières sont représentées parun schéma hydrologique spécifique ce qui améliore les échanges en énergie et en eau. La difficultérepose sur la représentation des processus locaux des tourbières à l’échelle d’un modèle de climatglobal. Certaines propriétés biologiques ont également été prises en compte afin de mieux représenter la végétation de ces milieux. Pour cela, les tourbières sont intégrées comme un nouveau type devégétation et représentées par une fraction de grille, basée sur des observations. Le comportement hydrologique et l’impact de cette intégration sont évalués à échelle des hautes latitudes ainsi qu’à échelle régionale. Ce développement permet d’estimer ensuite l’évolution de l’hydrologie des tourbières suite au réchauffement climatique. Les changements de l’hydrologie des tourbières d’ici la fin du siècle permettent de mieux évaluer les variations futures de leurs émissions de CH4.Ce travail de développement a ensuite été appliqué pour déterminer l’évolution des émissions deméthane. Les tourbières constituent l’une des plus grandes sources naturelles de méthane et contrôlentà plus de 70 % la variabilité interannuelle de la concentration atmosphérique de CH4. Les émissionsde méthane résultent de différents processus physiques et biologiques tels que la méthanogénèse etla méthanotrophie. Pour représenter ces processus, un modèle de densité de flux existant, intégré dans ORCHIDEE, a été adapté pour les tourbières afin d’estimer les émissions de méthane des tourbières des hautes latitudes. L’évolution de ces émissions est étudiée entre le début du 20ème et la fin du 21ème siècles selon différents scénarios climatiques
Peatlands are widely present in northern latitudes and especiallyin permafrost regions. They contain a high carbon stock and are one ofthe greatest natural sources of methane. Their representation in a climate model is crucial to improve the one of the carbon cycle. Moreover, the contribution of methanepeatland emissions remains uncertain.Methane emissions from peatlands strongly depend on the climate and are influenced primarily by temperature and soil moisture. Meanwhile, climate change is particularlysevere at these latitudes and leads to thawing permafrost with increasing the active layer depth. This large carbon reservoir may be partially mobilized and emitted asCO2 or CH4, depending on hydrological conditions at the surface.The aim of this PhD thesis is to represent northern peatlands in the ORCHIDEE land surface model. This development is carried out in the version of the model that incorporatesprocesses in high latitudes such as the soil freezing. Peatlands are represented by a specific hydrological scheme which improves the exchange of energy and water. The difficulty isbased on the representation of local peatlands processes across a global climate model. Some biological properties were also considered to represent bettervegetation of these environments. To do so, peatlands are integrated as a new type ofvegetation and represented by a fraction of a grid, based on observations. Thehydrological behaviour and the impact of this integration are estimated at the boreal scale as well asregionally. This development then allows estimate changes in the hydrology of peatlands due to global warming. Studying the changes in hydrology of peatlands by the end of th 21st century will improve the prediction of future changes in their CH4 emissions.This development work was then applied to determine the evolution of methane emissions. Peatlands are one of the largest natural sources of methane and control more than 70% interannual variability of atmospheric concentration of CH4. Methane emissions result from various physical and biological processes such as methanogenesis and the methanotrophy. To represent these processes, a flux density model, integratedin ORCHIDEE, was adapted for peatlands to estimate their methane emissions. The evolution of these emissions is studied between the early 20th and late 21st centuries under different climate scenarios

Le méthane et le dioxyde de carbone sont les gaz à effet de serre (GES) d'origine humaine les plus abondants dans l'atmosphère. Leur concentration croissante dans l'atmosphère est la principal cause du changement climatique. Il est donc essentiel de surveiller l'évolution de leurs sources et de leurs puits. Une caractérisation et une quantification précises de leurs émissions territoriales provenant de différents secteurs sont nécessaires pour déterminer et gérer des actions et des politiques d'atténuation efficaces. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la caractérisation des émissions de CH4 et de CO2 secteur par secteur, de l'échelle locale à l'échelle nationale, via le développement de stratégies d'observation mobiles exploitant des plateformes telles que la voiture, le drone et l'avion.Cette étude comporte trois parties. La première partie vise à vérifier un inventaire national de CH4 avec une méthode reproductible, en prenant pour base Chypre. Je me concentre sur la quantification des émetteurs de méthane significatifs (décharges et zones d'élevage) qui représentent cumulativement 28% des émissions nationales de méthane. L'approche se base sur des mesures mobiles en voiture et une modélisation par dispersion gaussienne. Les émissions de méthane calculées provenant des décharges et de la fermentation entérique du bétail étaient environ 160% et 40% plus importantes, respectivement, que les estimations sectorielles ascendantes utilisées dans l'inventaire national. Ces enquêtes mobiles montrent qu'un ensemble de mesures in situ ciblant des points chauds représentatifs des émissions de méthane avec une couverture temporelle et spatiale cohérente peut largement améliorer les inventaires nationaux ascendants des émissions.La deuxième partie se concentre sur les méthodes de quantification des émissions de CH4 pour l'industrie pétrolière et gazière. Elle compare dix systèmes commerciaux de pointe de quantification du méthane par le biais d'une série d'expériences de rejet contrôlé dans une station de compression inerte. Les rejets contrôlés couvraient une série de situations, y compris différents taux de fuite et conditions de vent. Les résultats indiquent que les systèmes "source-level" (proches d'une fuite unique) sous-estiment généralement les émissions, tandis que les systèmes "site-level" (intégrant les émissions pour le site) reposant sur la dispersion atmosphérique surestiment légèrement les taux d'émission. L'analyse de cette partie souligne que les drones (UAV) ont le potentiel de combler le fossé entre les observations au sol et les observations aériennes, mais sont fortement sensibles au vent.La dernière partie était consacrée au développement des mesures de GES par drone. J'ai développé et validé un nouveau système de capteur portable UAV-CO2 qui est léger mais reste suffisamment précis. Grâce à une procédure minutieuse de caractérisation, de correction et de calibration du capteur, nous atteignons une précision en vol de ± 2 ppm (1σ) à 1 Hz et de ± 1 ppm (1σ) à 1 min. Ce système est relativement peu coûteux et facile à reproduire, et a le potentiel pour réaliser une large gamme d'applications sur le terrain, telles que la surveillance des émissions urbaines et des sources ponctuelles.En bref, ce doctorat fait un pas en avant pour la réconciliation future des estimations d'émissions de GES basées sur divers systèmes d'observation et différentes approches, et recherche des méthodes facilement duplicables et applicables à d'autres régions et secteurs d'émission. Alors que les approches mobiles présentées ici représentent clairement des options importantes pour le suivi des émissions, des défis significatifs demeurent dans la capacité actuelle d'estimer régulièrement les trajectoires d'émissions de GES anthropiques avec une précision suffisante et à grande échelle
Methane and carbon dioxide are the most abundant human-induced greenhouse gases (GHG) in the atmosphere. Their increasing atmospheric concentration is the main driver of climate change. Therefore, it is critical to monitor the evolution of their sources and sinks. Accurate characterization and quantification of their territorial emissions from different sectors are required in order to determine and manage efficient mitigation actions and policies. The main goal of this Ph.D. is to improve the characterization of CH4 and CO2 sectoral emissions from local to national scale through the development of mobile observation strategies including platforms such as car, drone and aircraft.This study consists of three parts. The first part aims at verifying a national CH4 inventory with a replicable method. I focus on surveying and quantifying significant methane emitters that represent 28% of national (Cyprus) methane emissions. These are essentially landfills and cattle farm areas. The approach is based on car-based mobile measurements and Gaussian plume dispersion modelling. The calculated methane emissions from landfills and enteric fermentation of cattle were about 160% and 40% larger, respectively, than the bottom-up sectoral estimates used in the national inventory. These mobile surveys show that an ensemble of in situ measurements targeting representative methane emission hotspots with consistent temporal and spatial coverage can largely improve national bottom-up emission inventories.The second part focuses on methods to quantify CH4 emissions for the oil and gas industry. It compares ten state-of-the-art commercial methane quantification systems through a series of controlled release experiments at an inert compressor station. The controlled releases covered a range of situations including various leak rates and wind conditions. The results indicated that ‘source-level' systems (close to single leak) generally underestimate emissions, while ‘site-level' systems (integrating emissions for the site) relying on atmospheric dispersion slightly overestimate emission rates. The analysis of this part highlights that unmanned aerial vehicles (UAV) have the potential to bridge the gap between ground-based and airborne observations but are strongly wind sensitive.The last part focused on the development of UAV GHG measurements. I have developed and validated a novel portable UAV-CO2 sensor system that is lightweight but remains sufficiently precise. Through a careful sensor characterization, correction and calibration procedure, we reach an in-flight precision of ± 2 ppm (1σ) at 1 Hz and ± 1 ppm (1σ) at 1 min. This system is relatively inexpensive and easy to reproduce, and has the potential to perform a wide range of field applications, such as urban and point source emissions monitoring.In short, this Ph.D. makes a step forward for future reconciliation of GHG emission estimates based on various observation systems and different approaches, and seeks methods that are easily duplicated and applicable to other regions and emission sectors. While mobile approaches presented here clearly represent important monitoring options, significant challenges remain in current capacity to estimate routinely anthropogenic GHG emission trajectories with sufficient precision and at large scale

Les méthodes classiques de reconstruction d'images appliquées a la tomographie par émission de photons simples sont sensibles a la présence de bruit au niveau des fonctions projection associées au comptage des photons dans un nombre limite de directions. Une étude théorique simplifiée de l'estimation statistique d'une fonction projection fixée à partir des (seules) données de comptage associées à la direction de projection est proposée dans un cadre non paramétrique. Ce même problème de l'estimation d'une seule projection est rapidement examine si l'on tient compte en plus des mesures de comptage associées a une direction orthogonale a la direction de projection. Le résultat obtenu conduit naturellement a une démarche bayésienne. Sont présentes brièvement des outils d'analyse d'images dans un cadre bayésien (mesures de Gibbs, champs aléatoires markoviens) et des techniques de simulation adaptées (méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov ou méthodes MCMC). Une méthode de restauration bayésienne des fonctions projection est proposee en vue de la reconstruction tomographique par des techniques usuelles. Cette méthode s'appuie sur une équation classique de diffusion de gradient et sur une technique de réflexion dans un hypercube.

Les ISDND produisent du biogaz par fermentation des déchets organiques. Le biogaz principalement composé de CH4 et CO2 représente un enjeu environnemental majeur. Cette étude propose un outil d’estimation des émissions surfaciques de biogaz d’une ISDND par modélisation de la dispersion atmosphérique d’un gaz traceur, en l’occurrence, le méthane. Les dynamiques spatiales et temporelles des concentrations en CH4 et en COV ont été suivies sur et dans l’entourage de l’ISDND d’étude (Séché Environnement) en fonction des conditions météorologiques. Les résultats montrent des faibles teneurs atmosphériques en COV et en CH4 sur le site d’étude validant une faible émission de ces espèces. Les COV mesurés sont émis par différentes sources dont la contribution est plus importante que celle de l’ISDND et aucun COV ne constitue un traceur de biogaz émis par le site. En revanche, l’ISDND apparait comme source principale du CH4 détecté. Deux méthodes sont proposées pour estimer les émissions surfaciques de méthane en utilisant un modèle de dispersion atmosphérique Gaussien ADMS, validé par comparaison des teneurs atmosphériques en méthane mesurées et modélisées et leur dynamique temporelle. La première méthode repose sur une approche inverse et la deuxième est une approche statistique par régression. Les émissions de CH4 sont estimées pour la période d’exposition de la diode laser aux émissions du site pour 4 scénarios météorologiques types identifiés par une classification hiérarchique. Les résultats valident l’influence des paramètres météorologiques, surtout de la stabilité de l’atmosphère, sur la dispersion atmosphérique et les émissions surfaciques en méthane
Landfill sites produce biogas by degradation of biodegradable organic matter. Biogas mainly composed of CH4 and CO2 represents a major environmental challenge. This study propose a method to estimate biogas surface emissions in landfill sites using atmospheric dispersion modeling of a tracer gas, in this case, methane. The spatial and temporal dynamics of CH4 and VOC concentrations have been followed on the studied landfill site (Séché Environnement) for several weather conditions. Measurement results show low atmospheric VOC and CH4 concentrations on the studied landfill site which validates low emissions of these compounds. Detected VOC are emitted by different sources, excluding the landfill site. The contribution of these sources on VOC concentrations is more important than that of the landfill site and no VOC could be identified as tracer of biogas emitted by landfill site. However, CH4 is emitted by the landfill site, its principal source. Two methods are proposed to estimate methane surface emissions using a Gaussian atmospheric dispersion model ADMS. Gaussian model is validated by comparison of the temporal dynamics and atmospheric concentrations of methane measured on the site and those modeled. The first method is based on an inverse approach and the second one is a statistical regression approach. CH4 emissions are estimated for the exposure period of the laser diode to the site emissions and for 4 weather scenarios identified by a hierarchical classification. Results validate the influence of meteorological parameters, especially the stability of the atmosphere, on the atmospheric dispersion and methane surface emissions

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode d'imagerie fonctionnelle, utilisée en particulier lors du développement de nouveaux médicaments et pour imager les tumeurs. En TEP, l'estimation de la concentration plasmatique artérielle d'activité du traceur non métabolisé (nommée " fonction d'entrée ") est nécessaire pour l'extraction des paramètres pharmacocinétiques. Ceux-ci permettent de quantifier le comportement du traceur dans les tissus, ou plus précisément le traitement du traceur par les tissus. Cette thèse constitue une contribution à l'étude de la fonction d'entrée, par l'élaboration d'une méthode d'estimation de la fonction d'entrée peu invasive à partir des images TEP et de prélèvements veineux. L'exemple du traceur FDG (analogue du glucose) dans le cerveau humain a été choisi. La méthode proposée repose sur la modélisation compartimentale de l'organisme : elle déconvolue le modèle à trois compartiments utilisé pour le FDG. L'originalité de la méthode repose sur trois points : l'utilisation d'un grand nombre de régions d'intérêt ; l'utilisation d'un grand nombre de jeux de trois régions d'intérêt différentes; une estimation itérative. Pour la validation de la méthode, un soin particulier a été porté à la simulation d'images TEP (simulation d'acquisition, reconstruction, corrections) de plus en plus réalistes, depuis une image simple simulée avec un simulateur analytique jusqu'à une image la plus proche possible de la réalité, simulée avec simulateur Monte-Carlo. Une chaîne de pré-traitement (segmentation des IRM associés, recalage entre images TEP et IRM et correction de l'effet de volume partiel par une variante de la méthode de Rousset) a ensuite été appliquée à ces images afin d'extraire les cinétiques des régions d'intérêt, données d'entrée de la méthode d'estimation de la fonction d'entrée. L'évaluation de la méthode sur différentes données, simulées et réelles, est présentée, ainsi que l'étude de la sensibilité de la méthode à différents facteurs tels que les erreurs de segmentation, de recalage, de mesure de l'activité des prélèvements sanguins.

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode d’imagerie fonctionnelle, utilisée en particulier lors du développement de nouveaux médicaments et pour imager les tumeurs. En TEP, l’estimation de la concentration plasmatique artérielle d’activité du traceur non métabolisé (nommée « fonction d’entrée ») est nécessaire pour l’extraction des paramètres pharmacocinétiques. Ceux-ci permettent de quantifier le comportement du traceur dans les tissus, ou plus précisément le traitement du traceur par les tissus. Cette thèse constitue une contribution à l’étude de la fonction d’entrée, par l’élaboration d’une méthode d’estimation de la fonction d’entrée peu invasive à partir des images TEP et de prélèvements veineux. L’exemple du traceur FDG (analogue du glucose) dans le cerveau humain a été choisi. La méthode proposée repose sur la modélisation compartimentale de l’organisme : elle déconvolue le modèle à trois compartiments utilisé pour le FDG. L’originalité de la méthode repose sur trois points : l’utilisation d’un grand nombre de régions d’intérêt ; l’utilisation d’un grand nombre de jeux de trois régions d’intérêt différentes; une estimation itérative. Pour la validation de la méthode, un soin particulier a été porté à la simulation d’images TEP (simulation d’acquisition, reconstruction, corrections) de plus en plus réalistes, depuis une image simple simulée avec un simulateur analytique jusqu’à une image la plus proche possible de la réalité, simulée avec simulateur Monte-Carlo. Une chaîne de pré-traitement (segmentation des IRM associés, recalage entre images TEP et IRM et correction de l’effet de volume partiel par une variante de la méthode de Rousset) a ensuite été appliquée à ces images afin d’extraire les cinétiques des régions d’intérêt, données d’entrée de la méthode d’estimation de la fonction d’entrée. L’évaluation de la méthode sur différentes données, simulées et réelles, est présentée, ainsi que l’étude de la sensibilité de la méthode à différents facteurs tels que les erreurs de segmentation, de recalage, de mesure de l’activité des prélèvements sanguins
Positron Emission Tomography (PET) is a method of functional imaging, used in particular for drug development and tumor imaging. In PET, the estimation of the arterial plasmatic activity concentration of the non-metabolized compound (the "input function") is necessary for the extraction of the pharmacokinetic parameters. These parameters enable the quantification of the compound dynamics in the tissues. This PhD thesis contributes to the study of the input function by the development of a minimally invasive method to estimate the input function. This method uses the PET image and a few blood samples. In this work, the example of the FDG tracer is chosen. The proposed method relies on compartmental modeling: it deconvoluates the three-compartment-model. The originality of the method consists in using a large number of regions of interest (ROIs), a large number of sets of three ROIs, and an iterative process. To validate the method, simulations of PET images of increasing complexity have been performed, from a simple image simulated with an analytic simulator to a complex image simulated with a Monte-Carlo simulator. After simulation of the acquisition, reconstruction and corrections, the images were segmented (through segmentation of an IRM image and registration between PET and IRM images) and corrected for partial volume effect by a variant of Rousset’s method, to obtain the kinetics in the ROIs, which are the input data of the estimation method. The evaluation of the method on simulated and real data is presented, as well as a study of the method robustness to different error sources, for example in the segmentation, in the registration or in the activity of the used blood samples

Cette étude porte sur la caractérisation physico-chimique, la quantification et le traçage des émissions particulaires métalliques d'une UIOM dans l'air ambiant. Les techniques utilisées (traitement des données in situ ; modèles de mélange : UMNIX et CMB ; extractions séquentielles, spectrométrie d'absorption des rayons X (XAS)) s'accordent pour : - identifier la source " UIOM " par deux profils (Zn-Ca et Ba-Cu-Fe-Zn-Pb-Ca) ; - estimer sa contribution à environ 25% de la contribution totale des sources ; - montrer une variabilité saisonnière en terme de profil et de contribution ; - montrer que certains éléments émis sont facilement mobilisables. Cette première approche XAS sur des particules atmosphériques montre que le zinc et le plomb se trouvent dans un environnement atomique composé de calcium, de silicium et d'aluminium. Les signatures isotopiques du plomb définissent un pôle " UIOM " et confirment la localisation du centre ville hors de la zone d'influence du panache de l'usine
The aims of this study are the physico-chemical characterisation, the apportionment and the following of particulate heavy metals from MSWI emissions. Various methods (in situ data treatment, unmixing models and codes, UNMIX or CMB, sequential extractions and extented X-ray absorption fine structure (EXAFS) agree in the following: - identification of the MSWI source in two profiles (Zn - Ca et Ba - Cu - Fe - Zn - Pb - Ca); - estimation of its contribution of up to 25% of the total sources contribution; - showing the seasonal variability in term of profile and contribution; - suggest the potential of emitted elements to enter the food chain; This EXAFS first approach on atmospheric particulate matter shows that zinc and lead are in an atomic environment with calcium, silicium and aluminum. In spite of disputable conclusions, isotopic lead ratios define a "MSWI" end-member and confirm that the town-center of Toulon is outside the MSWI plume influence

L'objectif de ma thèse est de conduire et d'utiliser les observations de haute précision de gaz à effet de serre pour estimer les émissions de ces gaz à différentes échelles en France, du locale au régionale. Le réseau français de mesure de gaz à effet de serre, géré par l'équipe RAMCES, est constitué de trois observatoires équipés de systèmes de mesure par chromatographie en phase gazeuse. Ces chromatographes en phase gazeuse sont situés à Gif-sur-Yvette, Trainou (forêt d'Orléans) et au sommet du Puy-de-Dôme. Ils ont été optimisés pour la mesure continue et de haute précision des principaux gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O et SF6. Ayant installé le GC au Puy-de-Dôme au cours de l'année 2010, je présenterai et analyserai en détail la série temporelle obtenue depuis son installation. Les mesures de gaz à effet de serre et des traceurs associés m'ont permis d'utiliser une approche multigaz pour contraindre leurs émissions à différentes échelles. A une échelle départementale et régionale, j'ai utilisé le 222Rn comme traceur de masses d'air pour quantifier les flux surfaciques mensuels de N2O à Gif-sur-Yvette et Trainou. Les émissions annuelles de N2O estimées à Gif-sur-Yvette et Trainou sont respectivement de 0.34/0.51 et 0.52 g(N2O) m-2 a-1. Le cycle saisonnier des émissions de N2O a permis de mettre en évidence l'impact de l'agriculture sur les émissions lors de l'apport d'engrais azoté dans les sols. J'ai mis en évidence une corrélation entre les flux de N2O annuels et les précipitations annuelles à Gif-sur-Yvette. A une échelle locale, j'ai utilisé le CO2 et ses isotopes mesurés lors d'une campagne réalisée pendant l'hiver 2010 à Paris, pour estimer les flux de CO2 parisien. Les mesures de 14CO2 atmosphérique m'ont permis de montrer que les flux de CO2 parisien en hiver sont essentiellement anthropiques (77 %) avec une contribution significative des émissions biogéniques (23 %). L'analyse du 13CO2 à quant à lui mis en évidence que les 77 % d'émission de CO2 d'origine fossile sont dues à 70 % à l'utilisation de gaz naturel et 30 % à l'utilisation de pétrole.

Le Transport A la Demande (TAD) est un système de transport qui propose un usage collectif des véhicules automobiles, par opposition à l'usage des véhicules personnels (VP). Situé entre le fonctionnement des taxis et celui des transports en commun classiques, il propose un service à la fois flexible dans le temps et dans l'espace à la manière des taxis, favorisant le partage des véhicules, comme les transports en commun. Il est ainsi présenté comme une réponse pour une mobilité durable. Dans les esprits, les TAD sont souvent associés à une réduction des émissions de polluants et sont mis en place principalement dans des territoires ruraux. Pourtant, le simple regroupement effectué par les TAD suffit-il pour que la mise en place des TAD soit profitable à l'environnement ? Dans ce travail de recherche de doctorat, un outil d'évaluation de l'impact environnemental d'un système de Transports À la Demande (TAD) destiné aux collectivités territoriales a été mis au point. Pour que choix soit durable, au sens du développement durable, le service doit être le plus adapté au contexte local en minimisant les émissions de substances dans l'atmosphère proche tout en conservant une qualité de service suffisante pour concurrencer l'usage du véhicule personnel. Un paramètre, directement impliqué dans les émissions de polluant, est souvent négligé dans les approches : le réseau routier. On cherche donc à identifier des lois et des seuils relatifs aux émissions de polluants produites par le fonctionnement d'un TAD : dans quelle mesure le réseau routier influe-t-il sur les performances environnementales des TAD ou sur la capacité de regroupement des clients dans les véhicules ? Selon quelles caractéristiques de service (fenêtres de temps autorisées) ? Plus globalement, est-ce que l'optimisation d'un même type de TAD est équivalente d'un réseau routier à un autre, du point de vue des émissions de polluants ? Aucun outil intégré permettant d'effectuer cette tâche n'étant disponible, nous avons mis au point une chaîne de traitement géomatique permettant d'estimer les quantités de polluants émises sur les tronçons de route dans le cadre du fonctionnement particulier des TAD et de les cartographier pour analyser leur répartition spatiale. Cet outil associe un SIG à un modèle d'émission que nous avons adapté à notre problématique (GREEN-DRT). Il est ressorti des différents scénarios simulés que les TAD ne sont pas systématiquement une solution pertinente dans un objectif de réduction globale des émissions de polluants sur un territoire donné. Le constat de la faible pertinence environnementale de ce mode de transport sur les territoires les moins denses (type zones rurales) a été fait, pourtant, ce sont sur ces territoires que les TAD sont développés en France. À défaut d'engendrer une réduction des émissions, ils ont souvent un rôle social important en se positionnant non pas comme une alternative à la voiture personnelle, mais en permettant à des populations captives de se déplacer. Il s'agit de ce cas de minimiser les émissions de polluants provoquées par le fonctionnement du service.

L’objectif de ma thèse est de conduire et d’utiliser les observations de haute précision de gaz à effet de serre pour estimer les émissions de ces gaz à différentes échelles en France, du locale au régionale. Le réseau français de mesure de gaz à effet de serre, géré par l’équipe RAMCES, est constitué de trois observatoires équipés de systèmes de mesure par chromatographie en phase gazeuse. Ces chromatographes en phase gazeuse sont situés à Gif-sur-Yvette, Trainou (forêt d’Orléans) et au sommet du Puy-de-Dôme. Ils ont été optimisés pour la mesure continue et de haute précision des principaux gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O et SF6. Ayant installé le GC au Puy-de-Dôme au cours de l’année 2010, je présenterai et analyserai en détail la série temporelle obtenue depuis son installation. Les mesures de gaz à effet de serre et des traceurs associés m’ont permis d’utiliser une approche multigaz pour contraindre leurs émissions à différentes échelles. A une échelle départementale et régionale, j’ai utilisé le 222Rn comme traceur de masses d’air pour quantifier les flux surfaciques mensuels de N2O à Gif-sur-Yvette et Trainou. Les émissions annuelles de N2O estimées à Gif-sur-Yvette et Trainou sont respectivement de 0.34/0.51 et 0.52 g(N2O) m-2 a-1. Le cycle saisonnier des émissions de N2O a permis de mettre en évidence l’impact de l’agriculture sur les émissions lors de l’apport d’engrais azoté dans les sols. J’ai mis en évidence une corrélation entre les flux de N2O annuels et les précipitations annuelles à Gif-sur-Yvette. A une échelle locale, j’ai utilisé le CO2 et ses isotopes mesurés lors d’une campagne réalisée pendant l’hiver 2010 à Paris, pour estimer les flux de CO2 parisien. Les mesures de 14CO2 atmosphérique m’ont permis de montrer que les flux de CO2 parisien en hiver sont essentiellement anthropiques (77 %) avec une contribution significative des émissions biogéniques (23 %). L’analyse du 13CO2 à quant à lui mis en évidence que les 77 % d’émission de CO2 d’origine fossile sont dues à 70 % à l’utilisation de gaz naturel et 30 % à l’utilisation de pétrole
The aim of my PhD is to use high precision measurements to evaluate greenhouse gas emissions at different scales in France, from local to regional. These measurements are made in the framework of the French greenhouse gases network operated by the RAMCES team. Three stations in France are equipped with gas chromatography measurement systems located at Gif-sur-Yvette, Trainou (Orléans forest) and on the summit of Puy-de-Dôme. They were optimized to measure continuously with high precision the main greenhouse gases: CO2 , CH4 , N2O and SF6. In July 2010, I have installed the gas chromatograph at Puy-de-Dôme and I present here the analysis of the past two years. I used an approach with measurements of greenhouse gases and related trace gases to constrain the emissions of greenhouse gases at different scales. At a regional scale, I used the 222Rn as an air mass tracer to quantify the monthly N2O fluxes at Gif-sur-Yvette and Trainou. Annual N2O emissions, derived from the atmospheric approach at Gif-sur-Yvette and Trainou are 0.34/0.51 and 0.52 g(N2O) m−2 a−1 , respectively. I found a clear seasonal cycle of N2O emissions with larger values in spring and summer, demonstrating the large contribution of agricultural emissions from fertilized soils. A correlation between annual N2O fluxes and annual precipitations was observed at Gif-sur-Yvette. At a local scale, I used carbon isotopes to estimate the fossil fuel CO2 contribution. Measurements were performed during a campaign in winter 2010 in Paris. Atmospheric 14 CO2 measurements showed that 77 % of total CO2 emissions are anthropogenic with a significant contribution of biospheric fluxes (23 %). Additionally, 13CO2 analysis showed that natural gas and fuel combustion amounted to 70 % and 30 %, respectively, of fossil fuel emissions

L’augmentation de la demande en surfaces agricoles et l’intensification des pratiques agricoles, conséquences d’une part, de la croissance de la population mondiale et du changement de mode de consommation qui accompagne le développement des pays émergents et, d’autre part, du développement de la filière des agro-carburants, représentent une pression croissante pour les écosystèmes et une source importante de gaz à effet de serre (GES) qu’il faut prendre en compte dans le cadre du changement climatique. L’agriculture représente 10 à 12% des émissions globales de GES et, en particulier, 60% des émissions de protoxyde d’azote (N2O) qui a un pouvoir radiatif 310 fois supérieur à celui du CO2 à horizon de 100 ans. Cette thèse fournit une estimation des émissions de N2O des sols cultivés à l’échelle de l’Europe à l’aide du modèle global de surface continentale et de dynamique de la végétation, O-CN. Ce type de modèle, développé initialement pour estimer les flux de carbone entre la biosphère et l’atmosphère, permet d’étudier les émissions de gaz azotés grâce à l’ajout récent d’une modélisation du cycle de l’azote dans la biosphère et de la dynamique de l’azote minéral du sol. Des tests de sensibilité des émissions de N2O à des paramètres internes du modèle et à des facteurs environnementaux ont été effectués. L’application du modèle sur des sites expérimentaux et la comparaison aux observations ont permis l’évaluation des émissions simulées. Les résultats obtenus sont mis en perspective par la comparaison à l’échelle de la France avec les estimations du modèle agro-environnemental CERES-EGC et à l’échelle de l’Europe avec les bases de données GEIA, EDGAR 3. 2 et IER
The growing demand in agricultural surfaces and the intensification of agricultural practices, consequences of an increase in world population and of changes in consumption modes associated to the development of emerging countries on the one hand and on the development of agrofuels on the other hand, represents an increasing pressure for the ecosystems and an important source of greenhouse gases (GHG) which must be taken into account in the framework of climate change studies. The agriculture represents 10 to 12% of global GHG emissions and in particular 60% of the emissions of nitrous oxide (N2O) which possesses a radiating power 310 times higher than the one of CO2 at a 100 years horizon. This thesis provides an estimation of the emissions of N2O from crop lands at the scale of Europe using the global land surface and vegetation dynamics model O-CN. This model originally developed to estimate carbon fluxes between the biosphere and the atmosphere allows to study the emissions of nitrogen gases thanks to the recent addition of a modelling of nitrogen cycle in the biosphere and of the dynamics of inorganic nitrogen in soils. Sensitivity tests of estimated N2O emissions to internal parameters of the model and to environmental factors have been performed. Application of the model to experimental sites and comparisons to observations allows to evaluate emissions simulations. The results obtained are put into perspective through comparison at the scale of France with estimations from the agro-environmental CERS-EGC model and at the scale of Europe with GEIA, EDGAR 3. 2 et IER databases

Nous avons paramétrisé les échanges de gaz trace et d'aérosols entre la surface et l'atmosphère dans MOCAGE, le modèle de chimie transport de Météo-France, multi-échelles. Les vitesses de dépôt sec, simulées en utilisant le schéma de résistances de [Wesely,1989] avec une formulation spécifique de la résistance stomatale, et un forçage météorologique analysé, ont été évaluées sur une base climatologique et par rapport à des mesures de campagne telles ESCOMPTE; en outre, les flux de dépôt de l'ozone et des espèces azotées réactives ont été confrontés avec des simulations d' autres modèles. Nous avons aussi paramétrisé et analysé, aux échelles globales et continentales, les émissions de Composés Organiques Volatils Non Méthaniques, qui dépendent fortement de la météorologie, en nous appuyant sur une description de la végétation à fine échelle.

L'Arctique est une région critique pour le changement climatique. Les températures aux hautes latitudes Nord augmentent environ trois fois plus vite que la moyenne mondiale : les changements environnementaux tels que la diminution de l'étendue de la banquise ou le dégel du pergélisol progressent donc rapidement. En conséquence, des rétroactions climatiques positives sont déclenchées dans cette région, ce qui accélère encore son réchauffement. L'un de ces changements est la possible augmentation des émissions de méthane (CH4). Le CH4 est un puissant gaz à effet de serre dont la concentration moyenne mondiale dans l'atmosphère a augmenté d'environ 160 % depuis l'ère préindustrielle, une tendance qui se retrouve en Arctique. Actuellement, diverses sources de CH4, naturelles et anthropiques, contribuent aux émissions en Arctique. Les émissions anthropiques sont principalement dues à l'extraction et à la distribution de combustibles fossiles par les nations arctiques. La principale source naturelle de CH4 est constituée par les zones humides situées aux hautes latitudes Nord, mais d'autres systèmes d'eau douce, les feux de forêt, des flux géologiques et des émissions océaniques de différentes origines contribuent également au bilan de CH4 de l'Arctique. En outre, le dégel et la déstabilisation du pergélisol terrestre et sous-marin pourraient augmenter les émissions de CH4 dans un avenir proche, par exemple en raison de l'exposition de la matière organique du sol. Cependant, l'évaluation des émissions de CH4 en Arctique et de leur contribution au budget mondial reste difficile. Cela est dû, d'une part, aux difficultés à effectuer des mesures dans des zones aussi difficiles d'accès. D'autre part, de fortes variations dans la distribution spatiale des sources de méthane et une mauvaise compréhension des effets des changements en cours sur la décomposition du carbone, la végétation et l'hydrologie compliquent l'évaluation. Le but de ce travail est donc de réduire les incertitudes sur les estimations actuelles des émissions de CH4 grâce à une approche de modélisation inverse pour mieux quantifier les sources et les puits de CH4 pour les années récentes (2008 à 2019). Plus précisément, il s'agit de détecter les tendances des émissions de CH4 et les changements éventuels dans les cycles saisonniers et d'analyser la capacité du réseau d'observation in-situ actuel à caractériser les différents secteurs et les tendances futures potentiellement causées par une "bombe à méthane". La mise en œuvre de l'inversion comprend des simulations par le modèle de transport atmosphérique FLEXPART, des émissions provenant d'inventaires et de modèles biogéochimiques et des données de concentrations atmosphériques de CH4 en 42 sites d'observation dans différentes nations arctiques. Les résultats de l'inversion montrent que la majorité des sources de CH4 actuellement présentes aux hautes latitudes sont peu contraintes par le réseau d'observation existant. On ne peut donc tirer des conclusions sur les tendances et les changements dans le cycle saisonnier pour les secteurs correspondants. Seuls les flux de CH4 des zones humides sont suffisamment contraints, principalement en Amérique du Nord. Au cours de la période étudiée, les émissions des zones humides ont une légère tendance négative en Amérique du Nord et une légère tendance positive en Eurasie orientale. Dans l'ensemble, les émissions de CH4 obtenues sont inférieures aux estimations ascendantes mais supérieures aux résultats des inversions globales. La contrainte insuffisante du réseau d'observation se retrouve dans un scénario simulant des augmentations futures des émissions de CH4. Les tendances appliquées ont non seulement été détectées de manière incorrecte dans les régions où elles étaient prescrites mais encore, des émissions élevées de CH4 ont été attribuées à des zones où aucune tendance n'était présente. Un hypothétique réseau d'observation étendu ne montre que des améliorations mineures
The Arctic is an especially critical region with regard to global climate change. With temperatures in high northern latitudes increasing around three times faster than the global average, changes in environmental characteristics such as declining sea ice extend or thawing permafrost soils are proceeding rapidly. As a consequence, positive climatic feedbacks are triggered in this region, whereby the Arctic warming is accelerated even further. One important impact is the high risk of increased methane (CH4) emissions. CH4 is a potent greenhouse gas whose global average concentration in the atmosphere has increased by about 160 % since pre-industrial times, a trend that is also reflected in the Arctic. Currently, various CH4 sources, both natural and anthropogenic, are contributing to CH4 emissions from the Arctic region. Anthropogenic emissions are predominantly caused by the extraction and distribution of fossil fuels by the Arctic nations. The dominant natural source of CH4 are high northern latitude wetlands; however, other freshwater systems, wildfire events, geological fluxes and oceanic emissions of different origins also contribute to the Arctic CH4 budget. Furthermore, the thawing and destabilization of terrestrial and sub-sea permafrost will potentially increase CH4 emissions in the near future, for instance by the exposure of degradable soil organic matter. However, assessing the amount of CH4 emissions in the Arctic and their contribution to the global budget still remains challenging. This is on the one hand due to the difficulties in carrying out accurate measurements in such remote areas. Besides, high variations in the spatial distribution of methane sources and a poor understanding of the effects of ongoing changes in carbon decomposition, vegetation and hydrology also complicate the assessment. Therefore, the aim of this work is to reduce uncertainties on current bottom-up estimates of CH4 emissions as well as soil oxidation by implementing an inverse modeling approach in order to better quantify CH4 sources and sinks for the most recent years (2008 to 2019). More precisely, the objective is to detect occurring trends in the CH4 emissions and potential changes in seasonal emission patterns as well as to analyze the capability of the current stationary observation network in the Arctic to constrain the different CH4 sectors and to detect possible future trends caused by a potential “methane bomb”. The implementation of the inversion included hereby footprint simulations obtained with the atmospheric transport model FLEXPART, various emission estimates from inventories and land surface models as well as data of atmospheric CH4 concentrations from 42 surface observation sites in the Arctic nations. The results of the inversion showed that the majority of the CH4 sources currently present in high northern latitudes are poorly constrained by the existing observation network. Therefore, conclusions on trends and changes in the seasonal cycle could not be obtained for the corresponding CH4 sectors. Only CH4 fluxes from wetlands are adequately constrained, predominantly in North America. Within the period under study, wetland emissions show a slight negative trend in North America and a slight positive trend in East Eurasia. Overall, the estimated CH4 emissions are lower compared to the bottom-up estimates but higher than similar results from global inversions. The insufficient constraint by the observation network is also shown by a hypothetical scenario simulating future increases in CH4 emissions. Thereby, the applied trends are not only incorrectly detected in the regions they are assigned to, but elevated CH4 emissions are also attributed to areas where no trend is given by the scenario. A hypothetical expanded observation network of stationary sites show hereby only minor improvements

Les concentrations atmosphériques de méthane ont été multipliées par 2.6 depuis le début de l'ère industrielle, augmentant considérablement l'impact du méthane sur le réchauffement climatique, les écosystèmes et la santé des populations. Comprendre le cycle biogéochimique du méthane et quantifier ses sources et ses puits de l’échelle mondiale à l’échelle nationale est crucial pour implémenter et évaluer l'efficacité des politiques de réduction des émissions de méthane. Les méthodes d'inversion atmosphérique permettent d’estimer les sources et puits de méthane en combinant l’information provenant d’observations de concentrations atmosphériques de méthane et d’une connaissance a priori de ses sources et puits au travers de la modélisation de la chimie et du transport atmosphériques. Par ailleurs, utiliser l’information additionnelle apportée par les observations des signaux isotopiques du méthane (en 13C:12C et en D:H) peut permettre de mieux différencier les nombreuses catégories d’émissions entre elles et de réduire les incertitudes sur leurs estimations par rapport à l’utilisation de concentrations atmosphériques de méthane seules. Cette thèse a eu pour but d’analyser l’évolution du cycle du méthane au cours des 20 dernières années en intégrant de nouvelles fonctionnalités au système d'inversion CIF-LMDz-SACS du LSCE. Dans un premier temps, le modèle de chimie-transport LMDz-SACS a été enrichi en incluant le puits de méthane par le chlore qui a une influence importante sur le fractionnement isotopique du méthane atmosphérique. L’influence des concentrations de chlore sur les concentrations de méthane et sur son signal isotopique en 13C:12C a été rigoureusement quantifiée et s’avère importante pour la représentation des signaux isotopiques de méthane. Ensuite, le système d'inversion CIF-LMDz-SACS a été amélioré et la sensibilité du système à certains paramètres de configuration a été analysée. Finalement, le nouveau système a été utilisé afin d'expliquer l'augmentation des concentrations atmosphériques de méthane depuis 2007, après qu'elles se soient stabilisées entre 1999 et 2006. En prenant en compte les incertitudes importantes sur les signatures isotopiques, nos résultats suggèrent que cette augmentation a été causée par des augmentations des émissions provenant 1) des énergies fossiles et 2) de l’agriculture et des déchets. Au contraire, si les signatures isotopiques de sources sont considérées parfaitement connues, la distribution des émissions totales entre les différentes catégories d'émissions est radicalement modifiée et nos résultats suggèrent cette fois-ci que l'augmentation des concentrations après 2007 a été causée par des augmentations des émissions provenant 1) des énergies fossiles, 2) de l’agriculture et des déchets et 3) des zones humides. Ce travail suggère qu’une réduction des incertitudes sur les signatures isotopiques des sources et une augmentation de la quantité d'observations isotopiques disponibles permettraient à la contrainte isotopique d’exprimer tout son potentiel pour mieux séparer les différentes sources de méthane à l’échelle régionale
Atmospheric methane mole fractions have been multiplied by 2.6 since the beginning of the industrial era. This increase greatly amplified the impact of methane on global warming, ecosystems and human health. Understanding the biogeochemical cycle of methane and quantifying its sources and sinks from the global to the national scale is crucial to implement and evaluate the effectiveness of policies to mitigate methane emissions. Atmospheric inversion methods allow to estimate methane sources and sinks by combining information from observations of atmospheric methane mole fractions and a priori knowledge of its sources and sinks through chemistry-transport modeling. Furthermore, using the additional information provided by observations of methane isotopic signals (in 13C:12C and in D:H) can help to better differentiate between the multiple emission categories and reduce uncertainties in their estimates compared to assimilating methane mole fractions alone. The aim of this PhD was to investigate the evolution of the methane cycle over the last 20 years by integrating new functionalities to the CIF-LMDz-SACS inversion system used at LSCE. First, the LMDz-SACS chemistry-transport model was enriched to include the methane sink by chlorine which has a large influence on the isotopic fractionation of atmospheric methane. The influence of chlorine concentrations on methane mole fractions and its 13C:12C isotopic signal was rigorously quantified and found to be important for the representation of methane isotopic signals. Second, the CIF-LMDz-SACS inversion system was enhanced and the sensitivity of the system to some configuration parameters was analyzed. Finally, the new system was used to explain the increase in atmospheric methane mole fractions since 2007, after they stabilized between 1999 and 2006. Taking into account the large uncertainties in source isotopic signatures, our results suggest that this increase was caused by increases in emissions from 1) fossil fuels and 2) agriculture and waste. By contrast, if the source isotopic signatures are considered perfectly known, the distribution of total emissions among the different emission categories is radically changed and our results suggest this time that the increase in methane mole fractions after 2007 was caused by increases in emissions from 1) fossil fuels, 2) agriculture and waste and 3) wetlands. This work suggests that reducing uncertainties in source isotopic signatures and increasing the number of available isotopic observations would allow the isotopic constraint to express its full potential to better separate different sources of methane on a regional scale

Le comportement en fluage et l'identification des mécanismes d'endommagement de matériaux composites verre/polyester unidirectionnels, à plis croisés et SMC (sheet molding compound) sont étudiés in situ par émission acoustique (EA) et ultrasons. L'analyse des signaux d'EA a permis pour certains matériaux d'identifier les mécanismes d'endommagement. Le suivi des propriétés mécaniques en fluage à travers des mesures de vitesses ultrasonores a été effectué. La perte de rigidité observée et sa bonne corrélation avec l'EA témoigne de la capacité des deux méthodes à suivre l'endommagement et conforte l'idée d'une approche globale pour le contrôle santé des matériaux. Par ailleurs, nous avons observé lors du fluage primaire une relaxation en loi de puissance (loi d'Andrade) pour le taux de déformation et pour le taux d'EA (loi d'Omori). Le fluage tertiaire quant à lui, est caractérisé par une singularité en loi de puissance des taux de déformation et d'EA culminant avec la rupture globale des matériaux. Des corrélations intéressantes ont été observées entre certains paramètres des fluages primaire et tertiaire, notamment entre le temps de rupture tc et le temps de transition fluage primaire, secondaire et fluage tertiaire tm. Ce résultat important montre les liens entre les deux régimes et permet d'envisager un moyen de prédiction de la rupture. Ces résultats expérimentaux sont étayés par un modèle dérivé du modèle démocratique des fibres dit DFBM (Democratic fibre bundle model) ou le matériau est représenté par une série d'éléments constitués d'un ressort monté en parallèle avec un amortisseur de viscosité non linéaire de type Eyring. Ce modèle permet d'expliquer la corrélation entre tc et tm et permet de retrouver les relaxations en loi d'Andrade dans le fluage primaire et la singularité en loi de puissance dans le fluage tertiaire avec des exposants critiques du même ordre que ceux observés expérimentalement
Behaviour in creep and identification of the damage mechanisms of composite materials as glass/polyester unidirectional, with cross ply and SMC (sheet moulding compound), are studied in situ by acoustic emission (AE) and ultrasounds. The analysis of the signals of AE made it possible for certain materials to identify the damage mechanisms. The follow-up of the mechanical properties in creep through the longitudinal ultrasonic velocity is measured in situ. The loss of stiffness determined from ultrasonic velocity measurements observed and its good correlation with the AE testify to the capacity of the two methods to follow the damage and consolidate the idea of a global solution for health control of materials. In addition, we observed during primary creep a relaxation in power law (Andrade’s law) for the strain rate and AE rate (Omori’s law). Tertiary creep as for it, is characterized by a singularity in power law of the strain rates and AE culminating with the total rupture of materials. Interesting correlations were observed between some characteristics of the primary creep and tertiary regime, in particular between the time of rupture tc and the transition time of primary, secondary and tertiary creep tm. This significant result shows the bonds between the two modes and makes it possible to consider a means of prediction of the rupture. These experimental results are supported by a model derived from the democratic model of fibres called DFBM (Democratic fibre bundle model) in which the material is represented by a series of elements constituted of a spring assembled in parallel with a nonlinear shock absorber of viscosity of Eyring type. This model permits to explain the correlation between tc and tm and makes it possible to find again relaxation with andrade law in primary creep and the singularity of power law in tertiary creep with critical exponents of the same order as those observed in experiments

L’objectif de cette thèse est d’estimer le coût de mesures d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre (GES) liée à la fertilisation des cultures qui représente en Europe et en France respectivement 38% et 44% des émissions de GES de l’agriculture. L’étude du coût et du potentiel d’abattement est effectuée sur deux mesures clés dans l’atténuation des émissions à savoir la mise en place de plantes fixatrices d’azote (i.e. légumineuses) et la réduction de la fertilisation par hectare. Le potentiel d’atténuation des légumineuses est étudié en simulant leur augmentation dans les assolements agricoles français et dans un deuxième temps à l’échelle de rotations de cultures pouvant durer jusqu’à six ans dans cinq régions européennes. Les résultats obtenus révèlent que des réductions importantes d’émissions sont possibles, tout en augmentant le profit des agriculteurs. Le rôle de l’aversion pour le risque est aussi étudié concernant la réduction de la fertilisation des cultures par hectare. Nous montrons analytiquement les conditions conduisant à une sur-application d’engrais par hectare permettant aux agriculteurs averses au risque de minimiser le risque de perte de rendement. Les simulations numériques effectuées spécifiquement sur les agriculteurs averses au risque démontrent qu’une assurance d’atténuation des émissions peut potentiellement déclencher des réductions importantes d’émissions de gaz à effet de serre
In this thesis, we assess the mitigation cost of greenhouse gas (GHG) from fertilization which represents 38% and 44% of agricultural GHG emissions in Europe and in France. This assessment is conducted for two key measures in climate mitigation which are the implementation of legumes crops and the reduction of fertilization per hectare. The abatement potential of legume crops is computed by simulating their increase in French croplands and also by a switch of crop rotations on several years (up to 6 years) in five European regions. Results show that significant mitigation amounts can be obtained by increasing farms revenues. The role of risk aversion is studied through the reduction of fertilisation per hectare. We analytically shows the conditions leading to nitrogen over-applications on crops which allows farmers to minimize their risk of loss on crop yields. The simulations lead on risk averse farmers show that an insurance covering yield variability could be foreseen as an interesting tool to mitigate emissions

La caractérisation de l’endommagement de matériaux composites verre/époxy et verre/polyester est étudiée in situ par émission acoustique (AE). Une méthode d’analyse statistique multivariable non supervisée (coalescence floue) associée à une analyse en composantes principales sont utilisées afin de classifier les signaux enregistrés par EA. L’analyse des classes obtenues permet de les corréler aux mécanismes d’endommagement susceptibles de se produire dans les matériaux étudiés, de suivre l’évolution des différents modes d’endommagement au cours des essais et de détecter les mécanismes les plus critiques menant à la rupture des matériaux. L’étude est d’abord validée sur des composites modèles tels que des composites unidirectionnels puis elle est appliquée `a des matériaux plus complexes tels que des plis croisés, des sheet molding compound (SMC) et des bétons polymères soumis à différentes sollicitations mécaniques (traction, fluage, flexion trois points). Les signaux d’EA générés par des matériaux hétérogènes ne sont pas stationnaires. Ainsi, les transformées en ondelettes continues et discrètes sont appliquées sur des signaux typiques d’EA représentatifs de trois modes d’endommagement (microfissuration matricielle, décohésion, rupture de fibre). De nouveaux descripteurs temps-échelle sont définis à partir de ces transformées et sont introduits dans la méthode de classification. Appliqués à des matériaux plus complexes sollicités mécaniquement, ils permettent d’obtenir une meilleure identification de leurs mécanismes d’endommagement qu’avec l’utilisation de descripteurs temporels. Enfin, une étude par acoustique non-linéaire en résonance de matériaux composites SMC graduellement endommagés est menée. Les essais de dynamique lente montrent une grande sensibilité à la présence et à l’évolution de l’endommagement. La classification à partir des signaux d’EA permet de connaître la contribution des différents mécanismes d’endommagement au comportement non-linéaire en dynamique lente lors du processus d’endommagement du matériau
Local damage in glass/epoxy and glass/polyester composite materials is investigated with the analysis of the signals of acoustic emission (AE). Unsupervised pattern recognition analyses (fuzzy c-means clustering) associated with a principal component analysis are the tools used for the classification of the monitored AE events. A cluster analysis of AE data is achieved and the resulting clusters are correlated to the damage mechanisms of the material under investigation. The proposed method also shows the time evolution of different damage mechanisms till the global failure. Thus the most critical damage mechanisms are identified. After being validated on model samples composed of unidirectional composites, this method is applied to actual composites such as cross-ply composites, sheet molding compound (SMC) and polymer concretes damaged with tensile, creep and three-point bending tests. Furthermore, AE signals generated by heterogeneous materials are not stationary. Thus, continuous and discrete wavelet transforms are applied on typical damage mechanisms AE signals such as matrix cracking, debonding, fiber failure. Time-scale descriptors are defined from these wavelets and are introduced in the classification process. They provide a better discrimination of damage mechanisms than some time-based descriptors for more complex composite materials. Finally, gradually damaged SMC composite materials are experimented with nonlinear slow dynamics tests. Nonlinear slow dynamics have been found to be very sensitive to damage evolution. Clustering of AE signals enables to understand the contribution of the different damage mechanisms to the evolution of the nonlinear behavior of damaged SMC

Il existe aujourd'hui un enjeu sociétal majeur à étudier l’émission et la propagation du bruit émis par les éoliennes, et notamment de quantifier l'incertitude sur l'estimation des niveaux sonores. En effet, bien que ces niveaux sonores soient relativement faibles en regard de ceux générés par d’autres sources acoustiques de l’environnement (e.g. les transports terrestres), les nuisances sonores d’origine éolienne sont souvent mises en avant comme gêne potentielle. Ainsi, ces travaux de thèse visent à quantifier la dépendance spatiale et fréquentielle des incertitudes rencontrées en acoustique environnementale, et en particulier concernant le bruit des éoliennes. Pour ce faire, un couplage est réalisé entre un modèle d’émission acoustique permettant de prendre en compte les spécificités acoustiques des éoliennes (spectre et directivité), et un modèle de propagation acoustique permettant de prendre en compte les effets de l’atmosphère (thermique et aérodynamique) et les effets de sol (absorption et rugosité) sur la propagation acoustique. Une analyse de sensibilité est ensuite effectuée afin de déterminer les paramètres de l’environnement les plus influents sur la dispersion des niveaux sonores. Suite au développement d’un métamodèle, une analyse d’incertitude est réalisée afin d’estimer la variabilité totale des niveaux sonores. Enfin, la méthode est appliquée à quelques exemples de situations caractéristiques du contexte éolien
There is a major societal challenge to study the emission and propagation of noise emitted by wind turbines, and in particular to quantify the uncertainty in the estimation of sound levels. Although these sound levels are relatively low compared to those generated by other acoustic sources in the environment (e.g. land transport), noise pollution from wind turbines is often highlighted as a potential nuisance. Thus, this thesis work aims to quantify the spatial and frequency dependence of the uncertainties encountered in environmental acoustics, and in particular concerning wind turbine noise. To do so, a coupling is made between an acoustic emission model allowing to take into account the acoustic specificities of wind turbines (spectrum and directivity), and an acoustic propagation model allowing to take into account the effects of the atmosphere (thermal and aerodynamic vertical profiles) and the ground effects (absorption and roughness) on acoustic propagation. A sensitivity analysis is then carried out to determine the environmental parameters that have the greatest influence on the dispersion of sound levels. Following the development of a metamodel, an uncertainty analysis is carried out to estimate the total variability of the sound levels. Finally the method is applied to some examples of situations characteristic of the wind turbine noise

L’agriculture urbaine représente une opportunité de réduire la pauvreté et d’améliorer la sécurité alimentaire des habitants des villes d’Afrique de l’Ouest. L’objectif général de cette thèse est de produire des données d’inventaire représentatives ainsi qu’une évaluation environnementale robuste de ces systèmes de production par la méthodologie Analyse du Cycle de Vie (ACV). Notre cas d’étude a été la tomate des jardins urbains au Bénin. Notre état de l’art nous a permis d’identifier que prendre en compte la diversité des systèmes de production et la variabilité des émissions au champ étaient deux enjeux majeurs de l’ACV des produits maraîchers. Nous avons donc développé un protocole de collecte de données basé sur la typologie qui prend en compte la diversité des systèmes puis mis au point une méthode d’estimation des flux d’azote au champ combinant un bilan d’azote et l’usage d’un modèle biophysique. Nous avons ainsi créé des inventaires pour 6 types de systèmes et une moyenne pondérée représentative de la population étudiée. L’analyse des performances agronomiques de ces systèmes a montré une forte variabilité des rendements et une utilisation fluctuante et souvent excessive d’engrais et de pesticides. L’exploration de la variabilité des flux d’azote à l’échelle de la parcelle et du cycle de culture a permis l’identification de 4 facteurs majeurs: les volumes d’eau d’irrigation, la dose d’azote, le pH du sol et la capacité au champ. A l’aide de scénarios favorables et défavorables aux émissions pour chacun de ces 4 facteurs, nous avons montré que leurs effets sur les résultats d’ACV étaient importants. L’intégration de ces données dans une ACV finalisée a montré qu’un hectare de production de tomate au Bénin était plus impactant que les productions maraichères Européennes. Les avantages du climat favorable du sud Bénin à la production de tomate en contre saison sont annulés par les faibles performances des systèmes d’irrigation, l’usage fréquent d’insecticides et d’importantes émissions azotées. Des données mesurées et des connaissances nouvelles sont nécessaires sur ces systèmes pour valider et affiner nos conclusions
Urban agriculture provides opportunities to reduce poverty and ensure food safety for cities inhabitants in West Africa. The general objective of this thesis is producing representative inventories and a robust environmental assessment for those production systems using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. Our case study was the tomato production in urban gardens in Benin. Our state of the art identified the integration of the diversity of systems and the variability of field emissions as two major challenges for the LCA of vegetable products. We therefore developed a typology-based protocol to collect cropping systems data that includes their diversity and an approach combining a nitrogen budget and the use of a biophysical model to estimate nitrogen field emissions. We created inventories for 6 cropping system types and one weighted mean representative for the urban tomato growers in Benin. The analysis of the agronomical performances of these systems highlighted the important yield variability and the variable and often excessive use of pesticides and fertilizers. The investigation of nitrogen fluxes variability at plot and crop cycle scales led to the identification of 4 major influencing factors: water use, nitrogen input, soil pH and field capacity. Using favorable and unfavorable scenarios for nitrogen emissions for each of these 4 factors, we demonstrated that the LCA results were sensitive to their variations. The implementation of LCA using those contrasted data showed that one hectare of tomato production in Benin was more impacting than European vegetable productions. The benefits from the favorable climate for producing out-of-season tomatoes were hampered by the low efficiency of irrigations systems, the frequent use of insecticides and large nitrogen emissions. Measured data and new knowledge on these systems are needed to validate and refine our conclusions

La simulation de l'éclairage par illumination globale a fait l'objet de nombreuses recherches et applications au cours des dernières années. Tout d'abord utilisée dans le domaine visible, la simulation est aujourd'hui de plus en plus appliquée au rendu infrarouge. On appelle optronique l'union de ces deux domaines. Le problème principal des méthodes d'illumination globale actuelles provient de la difficulté à traiter le phénomène de diffusion de la lumière, aussi bien dans le cas des surfaces que des milieux participants. Ces méthodes offrent des résultats satisfaisants dans le cas de scènes simples, mais les performances s'effrondrent lorsque la complexité augmente. Dans la première partie de cette thèse, nous exposons la nécessité de la prise en compte des phénomènes de diffusion pour la simulation optronique. Dans la deuxième partie nous posons les équations qui unifient les différentes méthodes de synthèse d'image, c'est à dire l'équation du rendu et l'équation volumique du transfert radiatif. L'état de l'art des méthodes d'illumination globale présenté dans la troisième partie montre qu'à l'heure actuelle la méthode des cartes de photons est celle qui offre le meilleur compromis performance/qualité. Néanmoins, la qualité des résultats obtenus grâce à cette méthode est dépendante du nombre de photons qui peuvent être stockés et donc de la quantité de mémoire disponible. Dans la quatrième partie de la thèse, nous proposons une évolution de la méthode, le lancer de photons multi-passes, qui permet de lever cette dépendance mémoire, et ainsi d'obtenir une très grande qualité sans pour autant utiliser une configuration matérielle onéreuse. Un autre problème de la méthode des cartes de photons est le temps de calcul important nécessaire lors du rendu de milieux participants. Dans la cinquième et dernière partie de cette thèse, nous proposons une méthode, l'écrasement de photons volumique, qui prend avantage de l'estimation de densité pour reconstruire efficacement la luminance volumique à partir de la carte de photons. Notre idée est d'isoler le calcul de la diffusion et d'utiliser une approche duale de l'estimation de densité pour l'optimiser car il constitue la partie coûteuse du calcul. Bien que les temps de rendu obtenus par notre méthode sont meilleurs que ceux obtenus en utilisant la méthode des cartes de photons pour la même qualité, nous proposons aussi une optimisation de la méthode utilisant les nouvelles capacités des cartes graphiques
Much research have been done on global illumination simulation. Firstly used in the visible spectrum domain, today, simulation is more and more applied to infrared rendering. The union of these two domains is called optronic. The main problem of the current global illumination methods comes from the complexity of the light scattering phenomena, as well for surfaces as for participating media. These methods offer satisfactory results for simple scenes, but performances crash when complexity raises. In the first part of this thesis, we expose the necessity to take scattering phenomena into account for optronic simulation. In the second part, we pose the equations that unify all global illumination methods, i. E. The rendering equation and the volume radiative tranfer equation. The state of the art presented in the third part shows that the Photon Mapping method is, at this moment, the one that offers the better compromise between performance and quality. Nevertheless, the quality of the results obtained with this method depends on the number of photons that can be stocked, and then on the available memory. In the fourth part, we propose an evolution of the method, called Multipass Photon Mapping, which permits to get rid of this memory dependency, and hence, to achieve a great accuracy without using a costly harware configuration. Another problem inherent to Photon Mapping, is the enormous rendering time needed for participating media rendering. In the fifth and last part of this thesis, we propose a method, called Volume Photon Splatting, which takes advantage of density estimation to efficiently reconstruct volume radiance from the photon map. Our idea is to separate the computation of emission, absorption and out-scattering from the computation of in-scattering. Then we use a dual approach of density estimation to optimize this last part as it is the most computational expensive. Our method extends Photon Splatting, which optimizes the computation time of Photon Mapping for surface rendering, to participating media, and then considerably reduce participating media rendering times. Even though our method is faster than Photon Mapping for equal quality, we also propose a GPU based optimization of our algorithm

La cavitation est la formation de bulles de vapeur dans un liquide statique ou en écoulement. L’érosion de cavitation se produit quand ces bulles collapsent à cause de la récupération de pression. Ce phénomène peut endommager les parois à proximité desquelles les bulles collapsent. Il s’agit d’un problème majeur dans les machines hydrauliques. Par exemple, les turbines hydrauliques fonctionnent aujourd’hui souvent dans des régions défavorables du point de vue de la cavitation, pour réguler le réseau électrique. Mesurer la cavitation et le taux d’érosion est souvent très difficile voire impossible. L’émission acoustique (EA) est une méthode qui permet la mesure de cavitation sans accès direct à l’écoulement ; toutefois, les données sont difficiles à interpréter. Cette thèse présente quelques possibilités de traitement des données de l’EA pour quantifier les diamètres des indentations créées par impacts individuels de la cavitation et aussi pour évaluer l’érosion de cavitation. De plus, les taux d’érosion de trois matériaux d’aubes de turbine Francis ont été caractérisés. Les raisons pour les différences dans le taux d’érosion de deux aciers inoxydables et martensitiques sont analysées. Tous les essais de cavitation ont été réalisés dans le même tunnel de cavitation haute vitesse. Un premier résultat majeur de cette thèse est le développement d’une méthode pour compter les pics d’EA par une technique d’enveloppe du signal. Les distributions cumulées des pics d’EA sont comparées à celles des diamètres d’indentations. Une relation est proposée entre l’amplitude des pics d’EA et le diamètre des indentations. Le deuxième résultat majeur est le lien entre l’évolution de l’érosion de cavitation et la fréquence de lâcher des nuages de cavitation. Bien que les signaux d’EA soient mesurés en haute fréquence, un processus de démodulation a été mis en œuvre qui permet de mettre en évidence la basse fréquence de lâcher. Cette fréquence augmente avec la rugosité et la déformation de surface au fur et à mesure de la progression de l’endommagement. Par ailleurs, les raisons entre les différences de taux d’érosion des aciers inoxydables et martensitiques ont été identifiées : la taille des grains d’austénite initiale, les tailles des plaques et plaquettes et la quantité d’austénite résiduelle sont les principaux facteurs influants. Cette thèse propose plusieurs résultats directement utilisables, comme la classification entre les aciers inoxydables martensitiques, ainsi que des méthodes pour surveiller la cavitation mises au point en laboratoire dans un tunnel de cavitation et potentiellement applicables aux machines hydrauliques. Le résultat majeur est que l’EA a un fort potentiel pour surveiller la cavitation et l’érosion de cavitation avec l’avantage important qu’elle ne nécessite pas d’accès direct à l’écoulement
Cavitation is the formation of vapor bubbles either in a static liquid or in a liquid flow due to a drop in static pressure. When these bubbles collapse, as a result of pressure recovery, they may damage adjacent surfaces. These events are major causes of damage and nuisance in hydro machines. Modern hydro turbines are often used to regulate power grids; therefore, they may be operated out of their designed range. The flow-related optimal operation is different from the economic optimal usage. Detecting and characterizing cavitation and assessing damage during operation can be difficult or even impossible. Acoustic emission (AE) measurements provide a way to measure cavitation without access to the flow, but interpreting the data is challenging. This thesis presents insights in the ways of treating the AE data both in characterizing individual pits created by cavitation impacts and in tracking the evolution of cavitation erosion. Additionally, the erosion rates of three turbine materials were compared, and the main reasons behind the differing erosion rates of two martensitic turbine steels were discovered. The same high-speed cavitation tunnel was used in all cavitation experiments. This thesis firstly presents a method for enveloping an AE waveform signal and for counting the peak voltage values. The resulting cumulative distributions were compared to those of cavitation pit diameters, and from this comparison, a connection was proposed between AE peak voltage value and pit diameter. The second result was the connection between cavitation cloud shedding frequency and erosion evolution. The process of demodulating high frequency AE signals effectively promotes the low frequency shedding. The shedding frequency increased with accumulating material loss, and it was concluded that this increase is due to geometry effects, namely surface roughness. In addition to the two proposed methods, it was found that the decisive factors in the differing erosion rates of the martensitic stainless steels are the prior austenite grain size, packet and block sizes and the retained austenite fraction. This thesis provides guidelines directly applicable, such as the martensitic steel classifying, and methods that require further development, if one wishes to utilize them in hydro machine cavitation monitoring instead of laboratory measurements in a cavitation tunnel. The main outcome is that AE is a potential way to monitor cavitation, with the important benefit of not requiring any access to the flow

La mission PILOT a pour objectif l'étude de l'émission polarisée des grains de poussières du milieu interstellaire dans le domaine submillimétrique, à 240 et 550 μm. L'instrument scientifique sera embarqué à bord d'un ballon stratosphérique à une altitude d'environ 40 km. Un champ de vue de 0.8°×1°, ainsi qu'une résolution de l'ordre de la minute d'arc sont requis pour atteindre les objectifs scientifiques. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser à la fois un plan focal étendu, un miroir de grand diamètre ainsi qu'un système ré-imageur. Le télescope est de plus en configuration hors axe, une combinaison de forme et d'angle entre les miroirs primaire et secondaire doit donc être respectée de façon à optimiser la qualité image et à minimiser la polarisation instrumentale. L'objectif de mes travaux de thèse était d'estimer les performances de ce système optique, ainsi que leurs variations en fonction des conditions de vol. Tous les composants optiques seront refroidis à 3 K, à l'exception du miroirprimaire. Le contrôle des caractéristiques de ce miroir en fonction des conditions d'environnement est indispensable à l'obtention de performances optimales en vol. J'ai évalué les caractéristiques du miroir primaire en combinant des mesures tridimensionnelles, une caractérisation dans le domaine submillimétrique et des modélisations de déformées en température homogène, non homogène et en gravité. Les méthodes mise en place pour le miroir primaire ont également été appliquées aux lentilles du système ré-imageur. Les résultats obtenus sur le miroir primaire et les lentilles ont été intégrés à la modélisation du système optique. Il a ainsi été possible de valider l'adéquation entre les performances nominales et réelles et d'optimiser le positionnement de chaque composant optique pour l'intégration de l'instrument. Le degré de polarisation de l'émission polarisée des grains de poussières est de l'ordre de quelques pourcents. L'interprétation du signal mesuré par l'instrument nécessite donc une bonne connaissance de la polarisation instrumentale induite par l'instrument. J'ai estimé, par modélisation, les matrices de passage de l'instrument en fonction de la position du point du champ observé, de l'orientation du plan de polarisation de l'état de polarisation incident et de l'orientation de l'axe optique de la lame demi-onde. La campagne de tests de l'instrument intégré, me permettra de vérifier et d'optimiser ces matrices.

La mission PILOT a pour objectif l'étude de l'émission polarisée des grains de poussières du milieu interstellaire dans le domaine submillimétrique, à 240 et 550 µm. L'instrument scientifique sera embarqué à bord d'un ballon stratosphérique à une altitude d'environ 40 km. Un champ de vue de 0. 8°×1°, ainsi qu'une résolution de l'ordre de la minute d'arc sont requis pour atteindre les objectifs scientifiques. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser à la fois un plan focal étendu, un miroir de grand diamètre ainsi qu'un système ré-imageur. Le télescope est de plus en configuration hors axe, une combinaison de forme et d'angle entre les miroirs primaire et secondaire doit donc être respectée de façon à optimiser la qualité image et à minimiser la polarisation instrumentale. L'objectif de mes travaux de thèse était d'estimer les performances optiques de ce système optique, ainsi que leurs variations en fonction des conditions de vol. Tous les composants optiques seront refroidis à 3 K, à l'exception du miroir primaire. Le contrôle des caractéristiques de ce miroir en fonction des conditions d'environnement est indispensable à l'obtention de performances optimales en vol. J'ai évalué les caractéristiques du miroir primaire en combinant des mesures tridimensionnelles, une caractérisation dans le domaine submillimétrique et des modélisations de déformées en température homogène, non homogène et en gravité. Les méthodes mise en place pour le miroir primaire ont également été appliquées aux lentilles du système ré-imageur. Les résultats obtenus sur le miroir primaire et les lentilles ont été intégrés à la modélisation du système optique. Il a ainsi été possible de valider l'adéquation entre les performances nominales et réelles et d'optimiser le positionnement de chaque composant optique pour l'intégration de l'instrument. Le degré de polarisation de l'émission polarisée des grains de poussières est de l'ordre de quelques pourcents. L'interprétation du signal mesuré par l'instrument nécessite donc une bonne connaissance de la polarisation instrumentale induite par l'instrument. J'ai estimé, par modélisation, les matrices de passage de l'instrument en fonction de la position du point du champ observé, de l'orientation du plan de polarisation de l'état de polarisation incident et de l'orientation de l'axe optique de la lame demi-onde. La campagne de tests de l'instrument intégré, me permettra de vérifier et d'optimiser ces matrices
The PILOT experiment will measure the polarized emission of interstellar dust grains, in the submillimeter range, at 240 and 550 µm. The scientific instrument will be on-board a stratospheric platform. A field of view of 0. 8°×1° and a resolution of about one arc minute are needed to reach the scientific objectives. For this purpose, the use of an extended focal plane, a large diameter primary mirror and a re-imaging system is needed. For the off axis telescope, we must respect a combination of shape and angle between the primary and secondary mirror, in order to optimize the image quality and to minimize the instrumental polarization. The aim of my thesis work was the evaluation of the performances of this optical system and the prediction of their variations in flight conditions. All the optical elements, except the primary mirror will be cooled to 3 K. The variations of the primary mirror characteristics with the environment must be well known in order to obtain optimal performances during the flight. For the evaluation of these characteristics, I used tridimensional measurements, submillimeter characterization and modelling of the deformations in various environmental conditions. The method used for the primary mirror was applied to the lenses of the reimaging system too. The actual modelling of the optical system includes these results and show that the optical performances are nominal. Using this realistic modelling, an optimization of the positionning of each optical element was done for the integration of the instrument. The polarization degree of the dust grain emission is expected to be only a few percent. For the interpretation of the instrument signal, it is necessary to have a good knowledge of the instrumental polarization. Using modelling with Zemax software, I have determined the Stokes parameters for several positions of the optical axis of the half waveplate, different orientations of the incident polarization state and for a set of positions in the field of view. During the ground tests of the integrated instrument, I will verify and optimize these parameters

Depuis la révolution industrielle, les croissances économique et démographique ont augmenté de manière exponentielle induisant l’augmentation de la combustion d’énergies fossiles, telles que le charbon, le pétrole, et le gaz naturel. La combustion de ces sources d’énergie conduit à l’émission de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), qui par leur accumulation dans l’atmosphère entraînent une augmentation de l’effet de serre. Selon le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), l’implication des émissions anthropiques dans l’augmentation de l’effet de serre est extrêmement probable avec un pourcentage de certitude qui dépasse 95%. Toutefois, l’estimation des bilans régionaux d'émissions de GES reste très incertaine. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de l’estimation des bilans régionaux de GES en France, en utilisant pour la première fois les concentrations atmosphériques du CO2 et de CH4 mesurées par le réseau ICOS (Integrated Carbon Observation System) et la modélisation inverse à l’échelle régionale.Dans un premier temps, on s’est focalisé sur l’étude des concentrations mesurées de CO2, CH4 et CO (monoxyde de carbone) fournis par des stations de surface. Cette étude a pour objectif l'identification des mesures atmosphériques contaminées par les émissions locales (quelques kilomètres au tour de la station) et qui provoque ce qu’on appelle « les pics de concentrations ». Trois méthodes ont été appliquées sur des séries temporelles fournies par quatre stations du réseau ICOS, afin de déterminer leur degré de contamination. Les résultats des différentes méthodes ont été comparés entre eux, puis comparés à un inventaire de données contaminées préparé manuellement par les gestionnaires des stations. Cette comparaison a permis l’évaluation de la performance des trois méthodes pour la détection réussie des pics. À l’issue de ce travail, la méthode la plus performante a été proposée pour effectuer un nettoyage automatique des séries de mesure du réseau ICOS.Dans un deuxième temps, le modèle régional de chimie-transport CHIMERE est utilisé pour simuler les concentrations atmosphériques du CO2 et du CH4 de l’année 2014 sur un domaine centré sur la France. L’objectif de cette étude est d’étudier la sensibilité des concentrations simulées en utilisant différentes données d’entrées. Premièrement, on étudie la sensibilité des concentrations simulées par rapport au transport en utilisant deux modèles météorologiques AROME et ECMWF. Deuxièmes, on analyse la sensibilité des concentrations simulées face aux différentes cartes d’émissions. Dans cette dernière étape, on étudie les différences entre les cartes d’émissions anthropiques séparément des cartes d’émissions biogéniques. Ce travail nous permet de quantifier à la fois les erreurs liées aux transports et les erreurs liées aux flux d’émissions. La meilleure combinaison des données d’entrée va être sélectionnée pour l’étape d’inversion des flux.Dans un dernier plan, les mesures atmosphériques des concentrations de CO2 et du CH4 sont utilisées par le système d’inversion PYMAI (Berchet et coll., 2013 et 2015) afin d’estimer les bilans régionaux d'émissions des principaux GES en France. L’inversion s’est exécutée pour un mois d’hiver (janvier) et un mois d’été (juillet) en utilisant le modèle de transport CHIMERE forcé par ECMWF et les flux de surface (EDGAR et VPRM). Le résultat de ce travail permet une réduction des incertitudes des bilans nationaux à hauteur de 35 %, et la quantification les émissions de CO2 et de CH4 à l'échelle nationale et régionale. Par contre, cette inversion ne contraint que partiellement les flux d’émissions. Cependant, la question sur l’efficacité de la quantité d’informations disponibles ressort à nouveau
Since the industrial revolution, the economic and the demographic growths have increased exponentially,leading to an enhancement of the fossil fuels combustion, such as coal, oil, and natural gas. Consumingthese source of energy amplifies the greenhouse gas emissions, mainly carbon dioxide (CO2) and methane(CH4), whose accumulation in the atmosphere lead to the increase of the greenhouse effect. According tothe 5th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it is extremely likely(95-100% of certainty) that the observed increase in the greenhouse effect is related to the increase of theanthropogenic emissions. However, the estimations of the GHG budget at the regional and the nationalscales remains highly uncertain. The aim of this thesis is to improve the estimation of the CO2 and CH4fluxes in France, using data assimilation techniques and atmospheric measurements provided by theIntegrated Carbon Observation System (ICOS) network.The first phase focuses on analyzing the measured CO2, CH4, and CO (Carbon monoxide) atmosphericconcentrations provided by surface monitoring stations. This study is concerned with the problem ofidentifying atmospheric data influenced by local emissions that can result in spikes in the GHG time series.Three methods are implemented on continuous measurements of four contrasted atmospheric sites. The aimof this analysis is to evaluate the performance of the used methods for the correctly detect the contaminateddata. This work allows us to select the most reliable method that was proposed to perform daily spikedetection in the ICOS Atmospheric Thematic Centre Quality Control (ATC-QC) software.Secondly, we simulate the atmospheric concentrations of CO2 and CH4 using the chemistry transport modelCHIMERE in a domain centered over France for the year 2014. The objective of this study is to evaluate thesensitivity of simulated concentrations using different input data (sensitivity to the meteorological transportand sensitivity to the surface fluxes). This work led to the quantification of both the transport and surfacefluxes errors based on the combination of different simulations. Thus, the most reliable combination of thebest input data was selected for the flux inversion study.Lastly, the measured CO2 and CH4 concentrations are used by the PYMAI inversion system (Berchet et al.,2013 and 2015) in order to estimate the CO2 and CH4 fluxes in France. The Inversion is performed for onemonth in winter (January) and one month in summer (July), using the transport model CHIMERE. Theinversion results have provided very interesting results for the regional estimation of the CO2 and CH4surface fluxes in France with an uncertainty reduction that may attain 35% of the national totals

Ce travail de thèse a pour objectif d’identifier et de quantifier l’impact de différents revêtements ainsi que d’environnements corrosifs sur le comportement en fatigue de pièces en alliage d’aluminium 7075-T6 via un monitoring de l’endommagement effectué par émission acoustique. Des essais mécaniques de traction monotone ainsi que de fatigue cyclique en traction/traction Rσ=0.1 dans le domaine de l’endurance limitée ont été réalisés sur des éprouvettes recouvertes de plusieurs types de revêtements et soumises à différents types de processus de corrosion. Les revêtements étudiés sont composés de combinaisons de trois couches de protection distinctes : Une couche de conversion d’oxide d’aluminium obtenue par procédé d’anodisation sulfurique et deux couches polymères de peintures époxy, un primer et un topcoat. Différents scénarios de pre-corrosion ont été mis en place afin d’étudier l’impact du vieillissement induit par un environnement agressif sur les différentes couches de revêtements ainsi que la corrosion du substrat sur les mécanismes d’endommagement de nos matériaux. L’effet combiné de la corrosion du substrat et vieillissement des revêtements est étudié via couplage galvano statique d’éprouvette immergée dans une solution corrosive de NaCl (pH 4, 30 g/L) avec un défaut local dans les revêtements. L’effet d’un défaut de corrosion seul est étudié via l’application locale d’une solution acide d’HCl (pH 0.1) au niveau d’un défaut dans le revêtement. Finalement l’effet du vieillissement seul est obtenu par immersion d’éprouvette sans défaut apparent des revêtements dans une solution de NaCl (30 g/L). Les mécanismes ainsi que la dynamique d’endommagements de nos matériaux sont étudiés via une étude globale de la réponse d’EA durant les essais mécaniques. L’analyse des résultats d’EA nous a permis l’identification de différentes signatures acoustiques relatifs à des mécanismes d’endommagement spécifiques. Ceux-ci ont été déterminés par analyse microstructurale basée sur des observations au microscope optique et au MEB. Pour tous les types de matériaux testés (différents revêtements et protocoles de pré-corrosion), des indicateurs d’endommagement basés sur les données d’EA sont étudiés avec pour objectif la détermination de temps caractéristiques de l’endommagement donnant une information sur la durée de vie restante avant rupture des éprouvettes (Remaining Useful Lifetime, RUL). Les temps caractéristiques définis sont liés à l’initiation de fissures dans le substrat d’aluminium ainsi qu’à la propagation de la fissure de fatigue principale. Les différentes sources d’EA ainsi que les temps caractéristiques de l’endommagement peuvent être utilisés comme une base donnée à implémenter dans modèle afin d’estimer le temps à rupture de nos matériaux sous chargement cyclique
The aim of this thesis work is to identify and quantify the impact of different coatings and corrosive environments on the fatigue behaviour of 7075-T6 aluminium alloy parts by monitoring damage using acoustic emission. Monotonic tensile and cyclic tensile/tensile fatigue tests Rσ=0.1 in the limited endurance range were carried out on specimens coated with several types of coating and subjected to different types of corrosion processes. The coatings studied are composed of combinations of three distinct protective layers: An aluminium oxide conversion layer obtained by a sulphuric anodisation process and two polymeric layers of epoxy paints, a primer and a topcoat. Various pre-corrosion scenarios were set up in order to study the impact of ageing induced by an aggressive environment on the different coating layers, as well as substrate corrosion on the damage mechanisms of our materials. The combined effect of corrosion of the substrate and ageing of the coatings is studied by means of galvano static coupling of a specimen immersed in a corrosive NaCl solution (pH 4, 30 g/L) with a local defect in the coatings. The effect of a corrosion defect alone was studied by the local application of an acidic HCl solution (pH 0.1) to a defect in the coating. Finally, the effect of ageing alone was obtained by immersing test specimens with no apparent coating defects in a NaCl solution (30 g/L). The damage mechanisms and dynamics of our materials are studied via an overall study of the AE response during mechanical testing. Analysis of the AE results enabled us to identify different acoustic signatures relating to specific damage mechanisms. These were determined by microstructural analysis based on optical microscope and SEM observations. For all the types of materials tested (different coatings and pre-corrosion protocols), damage indicators based on the AE data are studied with the aim of determining characteristic damage times that provide information on the remaining useful life before specimen failure (Remaining Useful Lifetime, RUL). The characteristic times defined are linked to the initiation of cracks in the aluminium substrate and to the propagation of the main fatigue crack. The various sources of AE and the characteristic damage times can be used as a basis for implementing the model in order to estimate the time to failure of our materials under cyclic loading

Depuis la révolution industrielle, les croissances économique et démographique ont augmenté de manière exponentielle induisant l’augmentation de la combustion d’énergies fossiles, telles que le charbon, le pétrole, et le gaz naturel. La combustion de ces sources d’énergie conduit à l’émission de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), qui par leur accumulation dans l’atmosphère entraînent une augmentation de l’effet de serre. Selon le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), l’implication des émissions anthropiques dans l’augmentation de l’effet de serre est extrêmement probable avec un pourcentage de certitude qui dépasse 95%. Toutefois, l’estimation des bilans régionaux d'émissions de GES reste très incertaine. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de l’estimation des bilans régionaux de GES en France, en utilisant pour la première fois les concentrations atmosphériques du CO2 et de CH4 mesurées par le réseau ICOS (Integrated Carbon Observation System) et la modélisation inverse à l’échelle régionale.Dans un premier temps, on s’est focalisé sur l’étude des concentrations mesurées de CO2, CH4 et CO (monoxyde de carbone) fournis par des stations de surface. Cette étude a pour objectif l'identification des mesures atmosphériques contaminées par les émissions locales (quelques kilomètres au tour de la station) et qui provoque ce qu’on appelle « les pics de concentrations ». Trois méthodes ont été appliquées sur des séries temporelles fournies par quatre stations du réseau ICOS, afin de déterminer leur degré de contamination. Les résultats des différentes méthodes ont été comparés entre eux, puis comparés à un inventaire de données contaminées préparé manuellement par les gestionnaires des stations. Cette comparaison a permis l’évaluation de la performance des trois méthodes pour la détection réussie des pics. À l’issue de ce travail, la méthode la plus performante a été proposée pour effectuer un nettoyage automatique des séries de mesure du réseau ICOS.Dans un deuxième temps, le modèle régional de chimie-transport CHIMERE est utilisé pour simuler les concentrations atmosphériques du CO2 et du CH4 de l’année 2014 sur un domaine centré sur la France. L’objectif de cette étude est d’étudier la sensibilité des concentrations simulées en utilisant différentes données d’entrées. Premièrement, on étudie la sensibilité des concentrations simulées par rapport au transport en utilisant deux modèles météorologiques AROME et ECMWF. Deuxièmes, on analyse la sensibilité des concentrations simulées face aux différentes cartes d’émissions. Dans cette dernière étape, on étudie les différences entre les cartes d’émissions anthropiques séparément des cartes d’émissions biogéniques. Ce travail nous permet de quantifier à la fois les erreurs liées aux transports et les erreurs liées aux flux d’émissions. La meilleure combinaison des données d’entrée va être sélectionnée pour l’étape d’inversion des flux.Dans un dernier plan, les mesures atmosphériques des concentrations de CO2 et du CH4 sont utilisées par le système d’inversion PYMAI (Berchet et coll., 2013 et 2015) afin d’estimer les bilans régionaux d'émissions des principaux GES en France. L’inversion s’est exécutée pour un mois d’hiver (janvier) et un mois d’été (juillet) en utilisant le modèle de transport CHIMERE forcé par ECMWF et les flux de surface (EDGAR et VPRM). Le résultat de ce travail permet une réduction des incertitudes des bilans nationaux à hauteur de 35 %, et la quantification les émissions de CO2 et de CH4 à l'échelle nationale et régionale. Par contre, cette inversion ne contraint que partiellement les flux d’émissions. Cependant, la question sur l’efficacité de la quantité d’informations disponibles ressort à nouveau
Since the industrial revolution, the economic and the demographic growths have increased exponentially,leading to an enhancement of the fossil fuels combustion, such as coal, oil, and natural gas. Consumingthese source of energy amplifies the greenhouse gas emissions, mainly carbon dioxide (CO2) and methane(CH4), whose accumulation in the atmosphere lead to the increase of the greenhouse effect. According tothe 5th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it is extremely likely(95-100% of certainty) that the observed increase in the greenhouse effect is related to the increase of theanthropogenic emissions. However, the estimations of the GHG budget at the regional and the nationalscales remains highly uncertain. The aim of this thesis is to improve the estimation of the CO2 and CH4fluxes in France, using data assimilation techniques and atmospheric measurements provided by theIntegrated Carbon Observation System (ICOS) network.The first phase focuses on analyzing the measured CO2, CH4, and CO (Carbon monoxide) atmosphericconcentrations provided by surface monitoring stations. This study is concerned with the problem ofidentifying atmospheric data influenced by local emissions that can result in spikes in the GHG time series.Three methods are implemented on continuous measurements of four contrasted atmospheric sites. The aimof this analysis is to evaluate the performance of the used methods for the correctly detect the contaminateddata. This work allows us to select the most reliable method that was proposed to perform daily spikedetection in the ICOS Atmospheric Thematic Centre Quality Control (ATC-QC) software.Secondly, we simulate the atmospheric concentrations of CO2 and CH4 using the chemistry transport modelCHIMERE in a domain centered over France for the year 2014. The objective of this study is to evaluate thesensitivity of simulated concentrations using different input data (sensitivity to the meteorological transportand sensitivity to the surface fluxes). This work led to the quantification of both the transport and surfacefluxes errors based on the combination of different simulations. Thus, the most reliable combination of thebest input data was selected for the flux inversion study.Lastly, the measured CO2 and CH4 concentrations are used by the PYMAI inversion system (Berchet et al.,2013 and 2015) in order to estimate the CO2 and CH4 fluxes in France. The Inversion is performed for onemonth in winter (January) and one month in summer (July), using the transport model CHIMERE. Theinversion results have provided very interesting results for the regional estimation of the CO2 and CH4surface fluxes in France with an uncertainty reduction that may attain 35% of the national totals

L’hybridation électrique de la chaîne de traction automobile est l’une des solutions adoptées pour respecter les règlementations futures sur ses émissions. La stratégie de supervision de la chaîne de traction hybride répartit la puissance produite par le moteur à combustion interne et la machine électrique. Elle répond habituellement à un problème d’optimisation où l’objectif est de réduire la consommation de carburant mais nécessite à présent d’y ajouter les émissions polluantes. La chaîne de dépollution, placée à l’échappement du moteur, permet de diminuer la quantité de polluants émise dans l’atmosphère. Cependant, elle n’est efficace qu’à partir d’un seuil de température, et dépend de la chaleur apportée par les gaz d’échappement du moteur thermique. La première partie de ce travail est donc consacrée à la modélisation de la consommation énergétique et des émissions polluantes de la chaine de traction hybride. La modélisation de l’efficacité de la chaîne de dépollution est réalisée selon deux contextes. Le modèle zéro-dimensionnel est adapté aux contraintes de calcul de la commande optimale. Le modèle unidimensionnel associé à un estimateur d’état permet d’être embarqué et calculé en temps réel. À partir de ces travaux, la seconde partie de cette thèse déduit des stratégies de supervision à l’aide de la théorie de la commande optimale. Dans un premier cas, le principe de Bellman permet de calculer la commande optimale d’un véhicule hybride Diesel selon des critères de supervision ayant plus ou moins connaissance de l’efficacité de la chaîne de dépollution des émissions de NOX. Dans un second cas, une stratégie issue du Principe du Minimum de Pontryagin, embarquée sur un véhicule hybride essence, fonctionnant en temps réel et calibrée selon deux paramètres est proposée. L’ensemble de ces travaux est validé expérimentalement au banc moteur et montre une réduction significative des émissions polluantes pour une faible pénalité de carburant
Powertrain hybridization is a solution that has been adopted in order to conform to future standards for emissions regulations. The supervisory strategy of the hybrid powertrain divides the power emitted between the internal combustion engine and the electric machine. In past studies, this strategy has typically responded to an optimization problem with the objective of reducing consumption. However, in addition to this, it is now necessary to take pollutant emissions into account as well. The after-treatment system, placed in the exhaust of the engine, is able to reduce pollutants emitted into the atmosphere. It is efficient from a certain temperature threshold, and the temperature of the system is dependent on the heat brought by the exhaust gas of the engine. The first part of this dissertation is aimed at modelling the energy consumption and pollutant emissions of the hybrid powertrain. The efficiency model of the after-treatment system is adapted for use in two different contexts. The zero-dimensional model conforms to the constraints of the optimal control calculation. The one-dimensional model associated with a state estimator can be embedded in a vehicle and calculated in real time. From this work, the second part of this dissertation deduces supervisory strategies from the optimal control theory. On the one hand, Bellman’s principle is used to calculate the optimal control of a Diesel hybrid vehicle using different supervisory criteria, each having more or less information about the after-treatment system efficiency over NOX emissions. On the other hand, a strategy from Pontryagin’s minimum principle, embedded in a gasoline hybrid vehicle, running in real time and calibrated with two parameters, is proposed. The whole of this work is validated experimentally on an engine test bed and shows a significant reduction in pollutant emissions for a slight fuel consumption penalty