Thèses : « Modèles numériques de surface »

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Fochesato, Christophe. « Modèles numériques pour les vagues et les ondes internes ». Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00132969.

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Résumé :

La première partie de la thèse concerne le calcul numérique des ondes de gravité en 3D. Le modèle résout les équations d'Euler incompressibles avec surface libre pour un écoulement potentiel. L'association de l'Algorithme des Multipôles Rapides avec la Méthode des Eléments aux Frontières permet d'améliorer significativement l'efficacité du modèle. Deux applications sont alors considérées : le déferlement d'une onde solitaire sur un fond tridimensionnel et la focalisation spatiale générée par un batteur à houle. Dans la seconde partie, une étude plus en amont est effectuée dans le contexte des ondes internes en deux dimensions. A l'aide d'un système de type Korteweg de Vries, des ondes solitaires généralisées sont discutées dans le cas où la vitesse approche la valeur critique correspondant à l'apparition des fronts. Ces solutions résultent de la résonance entre une onde solitaire large ayant une amplitude limite et une onde courte, qui se propagent à la même vitesse de phase.

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Sainte-Marie, Jacques. « Modèles et méthodes numériques pour l'hydraulique à surface libre. Au delà du système de Saint-Venant ». Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00551488.

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Résumé :

Ce document est une synthèse des travaux de recherche menés par l'auteur dans le domaine des écoulements géophysiques et de la biomécanique. Pour des raisons associées aux dimensions caractéristiques des problèmes étudiés, les écoulements géophysiques sont généralement représentés par des modèles plus simples que les équations de Navier-Stokes. Ainsi le système de Saint-Venant rend bien compte de phénomènes complexes telles les ruptures de barrage, les inondations, les avalanches. Dans ce document on propose plusieurs modèles de complexité réduite mais permettant de s'affranchir des limitations du système de Saint-Venant. Outre la dérivation, on propose pour chaque modèle, un schéma numérique ainsi qu'une confrontation avec des solutions analytiques et/ou des mesures expérimentales dans le cas d'écoulements complexes. Les discrétisations sont basées sur une interprétation cinétique des modèles, cette description permettant d'assurer les principales propriétés de stabilité des schémas. Certains des modèles proposés ont été implémentés dans des codes industriels. Dans la seconde partie du document, d'autres travaux concernant la modélisation en biomécanique et plus particulièrement l'activité électro-mécanique du muscle cardiaque sont également présentés.

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Al, Bitar Ahmad. « Modélisation des écoulements en milieu poreux hétérogènes 2D / 3D, avec couplages surface / souterrain et densitaires ». Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7712/1/al_bitar.pdf.

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Résumé :

Dans ce travail, on considère la modélisation des écoulements dans des hydro-systèmes comprenant des sols et des aquifères géologiquement complexes et hétérogènes. On considèrera par exemple le cas d’un aquifère côtier soumis à l’intrusion saline, avec couplage densitaire (eau douce / eau salée), phénomène auquel peuvent se greffer d’autres couplages (écoulements à saturation variable, couplages surface / souterrain). On choisit une approche ayant les caractéristiques suivantes : - le modèle est spatialement distribué afin de représenter l’hétérogénéité du milieu ; - le modèle est fortement couplé afin d’appréhender les écoulements dans leur complexité physique. On utilise dans ce but un modèle fortement intégré, à une seule équation générique de type EDP, basée sur une loi de Darcy généralisée permettant de décrire différents "régimes" d’écoulements la co-existant dans un même domaine, tout en conservant robustesse et efficacité. Le travail est divisé en trois parties : dans une première partie on élabore un nouveau modèle numérique 3D, pour la modélisation des écoulements en milieux poreux à densité variable dans l’hypothèse d’une interface abrupte. Ce nouveau modèle est basé sur des relations ‘effectives’ non linéaires de saturation et de perméabilité, dans une équation d’écoulement de type Richards modifiée. La seconde partie correspond à l’élaboration et l’implémentation d’un modèle verticalement intégré d’intrusion saline en aquifère côtier, permettant d’étudier l’effet de l’hétérogénéité stochastique de l’aquifère. Le modèle, basé sur l’hypothèse ‘interface abrupte’, est implémenté comme un module ‘2D’ dans le code volumes finis BigFlow2D/3D. Le nouveau module 2D est utilisé pour analyser la variabilité de l’interface eau douce / eau salée par simulations stochastiques de type Monte Carlo à échantillonnage spatial (réalisation unique). Ces résultats sont comparés à nouvelle théorie, où l’interface aléatoire auto-corrélée est analysée par transformation de variable, combinée à une méthode de perturbation et à une représentation spectrale (Fourier / Wiener-Khinchine). Dans la troisième et dernière partie, on présente un modèle de couplage fortement "intégré" pour la modélisation des écoulements de surface et souterrain en hypothèses d’écoulement plan, verticalement hydrostatique. On s‘intéresse au cas d’une vallée fluviale avec cours d’eau, plaine d’inondation, et nappe d’accompagnement. L’écoulement en surface est modélisé par l’équation d’onde diffusante et l’écoulement souterrain par l’équation de Dupuit-Boussinesq. Ce modèle couplé est appliqué à la vallée fluviale de la Garonne dans la région de Toulouse - Moissac (France). Cette application a nécessité l’élaboration d’une méthode d’interpolation géostatistique adaptée à l’élaboration d’un Modèle Intégré Numérique de Terrain (‘MINT’), de façon à inclure le fond de la rivière au MNT topographique en haute résolution. Enfin, au-delà de cette application particulière, le modèle d’écoulement couplé surface / souterrain est généralisé au cas d’un couplage densitaire eau douce / eau salée, lorsque la nappe est sujette à l’intrusion saline au voisinage d’une embouchure ou d’un estuaire.

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Zelasco, José Francisco. « Gestion des données : contrôle de qualité des modèles numériques des bases de données géographiques ». Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20232.

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Les modèles numériques de terrain, cas particulier de modèles numériques de surfaces, n'ont pas la même erreur quadratique moyenne en planimétrie qu'en altimétrie. Différentes solutions ont été envisagées pour déterminer séparément l'erreur en altimétrie et l'erreur planimétrique, disposant, bien entendu, d'un modèle numérique plus précis comme référence. La démarche envisagée consiste à déterminer les paramètres des ellipsoïdes d'erreur, centrées dans la surface de référence. Dans un premier temps, l'étude a été limitée aux profils de référence avec l'ellipse d'erreur correspondante. Les paramètres de cette ellipse sont déterminés à partir des distances qui séparent les tangentes à l'ellipse du centre de cette même ellipse. Remarquons que cette distance est la moyenne quadratique des distances qui séparent le profil de référence des points du modèle numérique à évaluer, c'est à dire la racine de la variance marginale dans la direction normale à la tangente. Nous généralisons à l'ellipsoïde de révolution. C'est le cas ou l'erreur planimétrique est la même dans toutes les directions du plan horizontal (ce n'est pas le cas des MNT obtenus, par exemple, par interférométrie radar). Dans ce cas nous montrons que le problème de simulation se réduit à l'ellipse génératrice et la pente du profil correspondant à la droite de pente maximale du plan appartenant à la surface de référence. Finalement, pour évaluer les trois paramètres d'un ellipsoïde, cas où les erreurs dans les directions des trois axes sont différentes (MNT obtenus par Interférométrie SAR), la quantité des points nécessaires pour la simulation doit être importante et la surface tr ès accidentée. Le cas échéant, il est difficile d'estimer les erreurs en x et en y. Néanmoins, nous avons remarqué, qu'il s'agisse de l'ellipsoïde de révolution ou non, que dans tous les cas, l'estimation de l'erreur en z (altimétrie) donne des résultats tout à fait satisfaisants
A Digital Surface Model (DSM) is a numerical surface model which is formed by a set of points, arranged as a grid, to study some physical surface, Digital Elevation Models (DEM), or other possible applications, such as a face, or some anatomical organ, etc. The study of the precision of these models, which is of particular interest for DEMs, has been the object of several studies in the last decades. The measurement of the precision of a DSM model, in relation to another model of the same physical surface, consists in estimating the expectancy of the squares of differences between pairs of points, called homologous points, one in each model which corresponds to the same feature of the physical surface. But these pairs are not easily discernable, the grids may not be coincident, and the differences between the homologous points, corresponding to benchmarks in the physical surface, might be subject to special conditions such as more careful measurements than on ordinary points, which imply a different precision. The generally used procedure to avoid these inconveniences has been to use the squares of vertical distances between the models, which only address the vertical component of the error, thus giving a biased estimate when the surface is not horizontal. The Perpendicular Distance Evaluation Method (PDEM) which avoids this bias, provides estimates for vertical and horizontal components of errors, and is thus a useful tool for detection of discrepancies in Digital Surface Models (DSM) like DEMs. The solution includes a special reference to the simplification which arises when the error does not vary in all horizontal directions. The PDEM is also assessed with DEM's obtained by means of the Interferometry SAR Technique

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Tang, Hao, et Jean Devillers. « Modélisation des interactions pointe-surface en microscopie à force atomique : calcul et interprétation d'images ». Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30194.

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Les experiences de microscopie a force atomique (afm) sont encore mal comprises, aussi bien pour l'origine des rugosites et l'ordre de grandeur des forces mesurees que pour l'interpretation structurale des images. Pour mieux comprendre les phenomenes lors d'une imagerie, nous avons commence par une classification des differentes methodes de modelisation existantes, avant de porter notre choix sur la mecanique moleculaire qui permet une description par des potentiels chimiques de la jonction pointe-surface en la considerant comme une supermolecule. La prise en compte des deformations a permis de reproduire les images de trois substrats de nature tres differente: le graphite, le mica (muscovite) et le chlorure de sodium. Cependant, cette methode reste insuffisante pour une evaluation correcte de la rugosite et des forces mesurees malgre ses possibilites tant pour l'etude des surfaces planes que pour l'etude des defauts comme les marches ou les lacunes. Un nouveau modele est donc propose, base sur le concept dit de jellium deformable dans lequel les interactions pointe-surface de la jonction sont decrites par les lois du milieu continu pour les parties loin de la zone de contact et par la mecanique moleculaire pour les parties dans la zone de contact. Une premiere application de ce modele montre un bon accord de la rugosite et l'ordre de grandeur des forces calculees avec les valeurs experimentales. Par quelques exemples il est montre que l'on peut envisager desormais d'utiliser cette approche pour des etudes plus avancees comme la manipulation d'atomes, l'imagerie de molecules adsorbees, la reconnaissance d'un site actif d'une proteine ou le calcul simultane d'une image afm et stm

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Guérin, Cyrielle. « Génération de modèles numériques de surface et détection de changements 3D à partir d'imagerie satellite stéréoscopique très haute résolution ». Phd thesis, Université René Descartes - Paris V, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00953485.

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Résumé :

L'imagerie satellite permet aujourd'hui l'acquisition d'un nombre croissant de données dont l'augmentation des résolutions spatiale et temporelle permet de caractériser de plus en plus finement une scène et son évolution. Dans ce contexte, les méthodes de détection des changements apparus entre deux scènes sont particulièrement étudiées. Elles sont généralement basées sur les différences radiométriques entre les images. Cependant, ces méthodes s'avèrent souvent peu robustes à des changements radiométriques non pertinents tels que ceux induits par la variation des conditions d'acquisition des images. L'objectif de cette thèse est ainsi de développer une méthode alternative, basée sur la recherche des changements d'élévation de la scène. L'élévation représente en effet une information pertinente et adaptée, notamment dans un contexte de détection des changements de type urbain (construction, destruction ou modification d'infrastructures). Pour répondre à des besoins en analyse d'image qui nécessitent des résultats rapides et fiables, la méthode que nous proposons est une chaîne de traitements complète et automatique basée sur l'exploitation de couples d'image satellites stéréoscopiques très haute résolution permettant la génération et la comparaison de Modèles Numériques de Surface (MNS). Afin de limiter les fausses alarmes de changements dues aux erreurs liées à la génération des MNS, une étape clé de cette thèse a consisté à augmenter la précision des MNS, notamment à travers la prise en compte des zones d'occlusions et de mauvaise corrélation. La méthode de génération des MNS à ainsi été améliorée et une technique innovante de fusion des deux MNS provenant du même couple d'images a été développée. La comparaison des MNS générés avec un MNS LiDAR montre que notre approche permet une nette augmentation de la qualité des MNS, les erreurs de corrélation sont réduites tandis que les zones d'occlusion sont précisément localisées.La méthode de détection des changements d'élévation est, quant à elle, basée sur une labellisation par optimisation des pixels du MNS différentiel calculé à partir des MNS produits à chaque date. Cette étape permet de mettre en évidence les vrais changements de la scène parmi le bruit résiduel des MNS. Les résultats obtenus sur différents sites testés montrent que plus de 80% des changements de taille supérieure à 15 pixels x 15 pixels (ou 100 m² avec des images très haute résolution) sont détectés par notre méthode, avec moins de 20% d'erreurs. Nous montrons cependant que ces résultats dépendent principalement du paramètre de régularisation de la détection des changements, qui contrôle le taux de fausses alarmes par rapport au taux de bonnes détections du résultat.

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Guérin, Cyrielle. « Génération de modèles numériques de surface et détection de changements 3D à partir d'imagerie satellite stéréoscopique très haute résolution ». Electronic Thesis or Diss., Paris 5, 2014. http://www.theses.fr/2014PA05S003.

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Résumé :

L'imagerie satellite permet aujourd'hui l'acquisition d'un nombre croissant de données dont l'augmentation des résolutions spatiale et temporelle permet de caractériser de plus en plus finement une scène et son évolution. Dans ce contexte, les méthodes de détection des changements apparus entre deux scènes sont particulièrement étudiées. Elles sont généralement basées sur les différences radiométriques entre les images. Cependant, ces méthodes s'avèrent souvent peu robustes à des changements radiométriques non pertinents tels que ceux induits par la variation des conditions d'acquisition des images. L'objectif de cette thèse est ainsi de développer une méthode alternative, basée sur la recherche des changements d'élévation de la scène. L'élévation représente en effet une information pertinente et adaptée, notamment dans un contexte de détection des changements de type urbain (construction, destruction ou modification d'infrastructures). Pour répondre à des besoins en analyse d'image qui nécessitent des résultats rapides et fiables, la méthode que nous proposons est une chaîne de traitements complète et automatique basée sur l'exploitation de couples d'image satellites stéréoscopiques très haute résolution permettant la génération et la comparaison de Modèles Numériques de Surface (MNS). Afin de limiter les fausses alarmes de changements dues aux erreurs liées à la génération des MNS, une étape clé de cette thèse a consisté à augmenter la précision des MNS, notamment à travers la prise en compte des zones d'occlusions et de mauvaise corrélation. La méthode de génération des MNS à ainsi été améliorée et une technique innovante de fusion des deux MNS provenant du même couple d'images a été développée. La comparaison des MNS générés avec un MNS LiDAR montre que notre approche permet une nette augmentation de la qualité des MNS, les erreurs de corrélation sont réduites tandis que les zones d'occlusion sont précisément localisées.La méthode de détection des changements d'élévation est, quant à elle, basée sur une labellisation par optimisation des pixels du MNS différentiel calculé à partir des MNS produits à chaque date. Cette étape permet de mettre en évidence les vrais changements de la scène parmi le bruit résiduel des MNS. Les résultats obtenus sur différents sites testés montrent que plus de 80% des changements de taille supérieure à 15 pixels x 15 pixels (ou 100 m² avec des images très haute résolution) sont détectés par notre méthode, avec moins de 20% d'erreurs. Nous montrons cependant que ces résultats dépendent principalement du paramètre de régularisation de la détection des changements, qui contrôle le taux de fausses alarmes par rapport au taux de bonnes détections du résultat
The growing amount of satellite data, increasingly resolved spatially and temporally, represents a high potential of information allowing the accurate characterization of the evolution of an area of interest. For this reason, automatic analysis techniques such as change detection methods are widely investigated. Most of them are based on radiometric changes between remote sensed optical images. These methods are however very sensitive to a significant number of irrelevant changes such as those due to the variation of the geometrical conditions between two different acquisitionsThe objective of this work is then to develop an alternative method based on the elevation change detection. The advantage of using the elevation is that this information is particularly relevant and well adapted in a context of urban monitoring where the elements of interest correspond to buildings that can be constructed, modified or destroyed between two dates.In order to satisfy new needs in image analysis which require quick and reliable results, our method is a complete and automatic processing flow based on the analysis of high resolution satellite stereoscopic couples and the generation of Digital Surface Models (DSM). Stereoscopic DSMs, however, generally suffer from a high number of correlation errors leading to false alarms in the final change detection map. One of the main contribution of this work consisted in increasing the DSM accuracy, especially through a better handling of the occlusion and miss-correlation areas. For this purpose, the image matching technique has been improved and all DSMs computed from the same stereoscopic couple are then fusioned through a new approach, based on an optimization method.The comparison between our DSM with a LiDAR-based DSM indicates that our method largely improves the DSM quality, the amount of correlation errors is decreased while the occlusion areas are accurately localized. The change detection method itself is based on the labelization of the pixels of the differential DSM computed from the DSMs generated at each date of interest. This step, performed through another optimization process, enables to bring forward the relevant changes among the residual noise of the DSMs. The results, obtained for several experimental areas, show that more than 80% of the changes larger than 15 pixels x 15 pixels (100 m² with high resolution images) are detected with our method, with less than 20% of false alarms. We also show that these results mainly depend on the regularization parameter which controls the balance between the amount of false alarms towards the amount of true detections in the final results

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Decoene, Astrid. « Modèle hydrostatique pour les écoulements à surface libre tridimensionnels et schémas numériques ». Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00180003.

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Résumé :

Cette thèse a pour objectif l'approfondissement de l'étude des équations régissant les écoulements à surface libre en dimension trois.
Nous proposons d'une part une nouvelle formulation variationnelle du problème hydrostatique aboutissant à un problème semi-discretisé en temps bien posé. Nous en faisons l'analyse mathématique et nous montrons quelques résultats numériques obtenus après programmation de l'approximation de ce problème dans le logiciel Telemac-3D développé au Laboratoire National d'Hydraulique et Environnement (LNHE) d'edf.
D'autre part, nous étudions la réinterprétation dans le cadre ALE de la méthode de discrétisation verticale de domaines tridimensionnels appelée transformation sigma, et nous en proposons une généralisation permettant d'améliorer la représentation des stratifications dans un écoulement
Finalement, nous présentons un schéma ALE-MURD conservatif pour la résolution des équations de convection linéaires posées sur un domaine mobile. Une condition particulière doit être vérifiée afin que le schéma soit conservatif lorsque le domain bouge effectivement. Nous montrons comment assurer cette contrainte dans le cas particulier où le domaine est tridimensionnel et ne bouge que selon la verticale. Ce résultat est illustré dans le cadre des écoulements à surface libre en dimension trois.

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Decoene, Astrid. « Modèle hydrostatique pour les écoulements à surface libre tridimensionnels et chémas numériques ». Paris 6, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00180003.

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Résumé :

Cette thèse a pour objectif l'approfondissement de l'étude des équations régissant les écoulements à surface libre en dimension trois. Nous proposons d'une part une nouvelle formulation variationnelle du problème hydrostatique aboutissant à un problème semi-discretisé en temps bien posé. Nous en faisons l'analyse mathématique et nous montrons quelques résultats numériques obtenus après programmation de l'approximation de ce problème dans le logiciel Telemac-3D développé au Laboratoire National d'Hydraulique et Environnement (LNHE) d'edf. D'autre part, nous étudions la réinterprétation dans le cadre ALE de la méthode de discrétisation verticale de domaines tridimensionnels appelée transformation sigma, et nous en proposons une généralisation permettant d'améliorer la représentation des stratifications dans un écoulement. Finalement, nous présentons un schéma ALE-MURD conservatif pour la résolution des équations de convection linéaires posées sur un domaine mobile. Une condition particulière doit être vérifiée afin que le schéma soit conservatif lorsque le domain bouge effectivement. Nous montrons comment assurer cette contrainte dans le cas particulier où le domaine est tridimensionnel et ne bouge que selon la verticale. Ce résultat est illustré dans le cadre des écoulements à surface libre en dimension trois.

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Bachalany, Yara. « Estimation du mouvement 3D d’une sphère de surface réfléchissante ». Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10142/document.

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Résumé :

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une solution au problème de l'estimation du mouvement 3D d'objets dont la surface est réfléchissante, lequel est très complexe quand leurs caractéristiques géométriques à elles seules ne permettent pas de définir des indices caractéristiques d'un mouvement. Nous avons focalisé notre étude sur le cas particulier de la sphère, dont la parfaite symétrie complique au maximum le problème d'estimation du mouvement.En effet, lorsqu'une sphère est affectée d'un mouvement de rotation pure autour d'un de ses axes, ses contours extérieurs apparaissent statiques. Ces derniersn'apportent donc pas d'information utilisable par le système pour estimer le mouvement. Nous proposons donc une approche se basant sur la texture dans un schéma de mise en correspondance 3D/2D modifié. Ici, cette information est exploitée différemment si elle provient d'une composante spéculaire ou diffuse.Enfin, nous démontrons que la propriété réfléchissante de la surface n'est plus considérée comme un obstacle mais que au contraire, cette propriété procure une information supplémentaire sur le mouvement recherché
Recovering 3D motion of reflective objects in image sequences is still a cumbersome problem for computer vision. One common approach is to track geometric features of the object such as contours and edges since they are rather insensitive to light reflections. However, such basic features fail to recover the actual 3D motion in some cases. For example, the external contour of a sphere rotating about one of its axes remains static in the image. In thisthesis, we propose a new approach to 3D motion recovery of a reflective sphere visible in an image sequence.Instead of tracking only geometric features, our technique makes use of texture information in a slightly modified image alignment method. Unlike in classical image alignment methods, texture information is processed differently whether it comes from a diffuse or a specular light component.Using this technique, we show that motion estimation is not only possible when dealing with reflective objects, but also that specular components can offer information about the 3D motion. Finally, we present some results obtained from the analysis of image sequences

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Pan, Yi. « Modélisation couplée des écoulements de surface et de sub-surface dans un bassin versant par approches numériques à dimensions euclidiennes réduites ». Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAH012/document.

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Résumé :

Les interactions entre les processus de surface et de sub-surface sont des composantes clés du cycle hydrologique que les modèles hydrologiques doivent représenter pour obtenir des prédictions cohérentes et précises dans un contexte de gestion durable de la ressource en eau. Les modèles hydrologiques intégrés qui décrivent de façon physique les processus et leurs interactions sont de conception récente. La plupart de ces modèles s‘appuient sur l’équation de Richards 3D pour décrire les processus d’écoulement souterrain. Cette approche peut être problématique compte tenu de contraintes importantes sur le maillage et sur la résolution numérique. Ce travail de thèse propose un modèle hydrologique intégré qui s’appuie sur approche innovante à dimension réduite pour simplifier les écoulements de surface et souterrains d'un bassin versant. Les différents compartiments du modèle sont d’abord testés indépendamment puis couplés. Les résultats montrent que l’approche proposée décrit précisément les processus hydrologiques considérés tout en améliorant de façon significative l’efficacité générale du modèle
Interactions between surface and subsurface flow processes are key components of the hydrological water cycle. Accounting for these interactions in hydrological modelsis mandatory to provide relevant and accurate predictions for water quality and water resources management. Fully-integrated hydrological models that describe with aphysical meaning the hydrological processes and their interactions are recent. Most of these models rely upon the resolution of a 3D Richards equation to describe subsurface flow processes. This approach may become intractable because of the heavy constrains on both meshing and numerical resolution. This PhD proposes a new integrated hydrological model on the idea of dealing with dimensionally reduced flow in both the surface and sub-surface compartments of a watershed. The different compartments of the model are first tested independently and then coupled. The results show that the proposed approach allows for a proper and precise depiction ofthe hydrological processes enclosed in the model while providing significant gain incomputational efficiency

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Guervilly, Céline. « Dynamos numériques planétaires générées par cisaillement en surface ou chauffage interne ». Phd thesis, Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENU024.

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Résumé :

Nous développons un code numérique hybride basé sur un modèle quasi-géostrophique des écoulements dans les noyaux planétaires forcés par un chauffage interne. Pour des petits nombres de Prandtl, une caractéristique robuste de ces écoulements est la présence d'une circulation géostrophique zonale de grande amplitude dont la taille et l'amplitude sont contrôlées par le mélange de vorticité potentielle et la friction aux bords. Des ondes de Rossby de grande taille se propagent dans la zone de convection vigoureuse. Ces écoulements produisent des dynamos cinématiques au champ poloïdal de petite échelle et au champ toroïdal dominé par le mode axisymétrique. L'impact du vent thermique agéostrophique sur le seuil dynamo n'est pas significatif. Nous étudions ensuite les dynamos générées par un cisaillement en surface. Un écoulement de Couette sphérique (entre deux sphères en rotation différentielle) produit des dynamos aux nombres de Reynolds magnétique critiques élevés. La brisure de symétrie axiale de l'écoulement par l'instabilité en cisaillement est cruciale. Le champ magnétique toroïdal est de grande amplitude par rapport au champ poloïdal impliquant le rôle de l'effet omega. Finalement nous étudions l'effet dynamo produit par des jets zonaux, mouvements de rotation différentielle alternativement est-ouest. Les jets zonaux imposés en surface sont modifiés par des ondes de Rossby qui provoquent leur élargissement et une diminution de leur amplitude. Le mécanisme dynamo est basé sur la propagation des ondes de Rossby. On établit un lien entre production de champ poloïdal axisymétrique et épaisseur des jets zonaux à travers le nombre d'onde du mode de Rossby
We develop a hybrid numerical code based on a quasi-geostrophic model for the flows inside the planetary cores driven by internaI heating. For small Prandtl numbers, large amplitude geostrophic zonaI circulations are a robust feature of these flows. The scale and the amplitude of the zonaI motion are controlled by potential vorticity mixing and boundary friction. We identify the presence of large-scale Rossby waves propagating in the vigourously convecting region. The flows produce kinematic dynamos, with a small-scale poloidal magnetic field and a mainly axisymmetric toroidal field~ We find that the impact of the thermal wind on the dynamo threshold is not significant. Ln the second part of this thesis, we study dynamos generated by surface shears. Spherical Couette flow (between two spheres in differential rotation) produces dynamos with a high critical Reynolds number. By breaking the axial symmetry of the flow, the shear instability (in the form of a wave) plays a crucial role. The toroidal magnetic field is large compared with the poloidal field, suggesting the role of the omega effect. We study the dynamics and the dynamo action produced by zonaI jets, Le. , produced by differential rotation that is alternately westward and eastward. The zonaI jets imposed at the outer surface are modified by Rossby waves, which widen the jets and lower their amplitude. The dynamo mechanism relies on the propagation of the Rossby waves. We can establish a link between production of the axisymmetric poloidal magnetic field and the width of the iets throul!h the lenl!thscale of the Rossbv waves

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Guervilly, Céline. « Dynamos numériques planétaires générées par cisaillement en surface ou chauffage interne ». Phd thesis, Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00576177.

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Résumé :

Dans la première partie de cette thèse, nous développons un code numérique hybride basé sur un modèle quasi-géostrophique des écoulements dans les noyaux planétaires forcés par un chauffage interne. Le champ de vitesse est calculé dans le plan équatorial ; la température et le champ magnétique sont implémentés en trois dimensions dans la sphère. Cette approche hybride nous permet de modéliser des écoulements convectifs turbulents (grands nombres de Reynolds, Re>10000) sous une forte influence de la rotation (petits nombres d'Ekman) pour des petits nombres de Prandtl, P = 0.1−0.01. Une caractéristique robuste de ces écoulements est la présence d'une circulation géostrophique zonale de grande amplitude et stable dans le temps. La taille et l'amplitude du mouvement zonal sont controlées par le mélange de vorticité potentielle et la friction aux bords. On identifie la présence d'ondes de Rossby de grande taille se propageant dans la zone de convection vigoureuse. Ces écoulements produisent des dynamos cinématiques au champ poloïdal de petite échelle et au champ toroïdal dominé par le mode axisymétrique. Les nombres de Reynolds magnétiques critiques sont de l'ordre de 1000. Nous montrons que l'impact du vent thermique agéostrophique sur le seuil dynamo n'est pas significatif. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions les dynamos générées par un cisaillement en surface. Un écoulement de Couette sphérique (écoulement entre deux sphères en rotation différentielle) produit des dynamos aux nombres de Reynolds magnétiques critiques élevés. La brisure de symétrie axiale de l'écoulement par l'instabilité en cisaillement (prenant la forme d'une onde) est cruciale. Le champ magnétique toroïdal est de grande amplitude par rapport au champ poloïdal impliquant le rôle de l'effet omega dans le processus. Nous étudions ensuite la dynamique et l'effet dynamo produits par des jets zonaux, i.e., des mouvements de rotation différentielle alternativement est-ouest en latitude. Les jets zonaux imposés en surface sont modifiés par des ondes de Rossby qui provoquent un élargissement des jets et une diminution de leur amplitude. Le mécanisme dynamo est basé sur la propagation des ondes de Rossby. On a relié l'amplitude du champ magnétique poloïdal axisymétrique au nombre d'onde du mode de Rossby à travers sa vitesse de phase. Le nombre d'onde du mode de Rossby étant lié à l'épaisseur des jets, on établit un lien entre production de champ poloïdal axisymétrique et épaisseur des jets zonaux.

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Olivi, Emmanuel. « Couplage de méthodes numériques pour le problème direct en Magnéto- et Électro-Encéphalographie ». Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00838707.

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Résumé :

L'électro- et la magnéto-encéphalographie sont deux techniques très utiles pour observer l'activité électrique du cerveau de par leur résolution temporelle et leur caractère non invasif. Les mesures sont faites sur la surface extérieure de la tête (électrodes pour l'EEG et magnétomètres pour la MEG); afin de retrouver les sources responsables du signal mesuré, un problème inverse de localisation doit être résolu. Celui-ci requiert une bonne résolution du problème direct, ce qui demande une bonne modélisation des tissus de la tête, ainsi qu'une représentation fidèle de ce modèle électro-physiologique par une méthode numérique comme la FEM ou la BEM. Dans cette thèse, nous nous intéressons au choix critique d'un modèle et de sa représentation par une méthode numérique notamment pour prendre en compte l'inhomogénéité de la conductivité du crâne et celle de la matière blanche qui est proche des sources. Après avoir mis en évidence les avantages et inconvénients des méthodes courantes, nous exposons une méthode duale de résolution du problème direct: c'est la méthode adjointe applicable quel que soit la méthode numérique choisie. Puis en utilisant une approche de décomposition de domaine nous formulons plusieurs méthodes de couplage de méthodes numériques visant à tirer parti de leurs avantages dans des sous domaines. Cela permet de coupler la BEM avec la FEM, et implique de nombreux aspects intéressants notamment pour une bonne prise en compte du crâne. Finalement, nous proposons une nouvelle méthode permettant de traiter des conductivités localement anisotropes ou inhomogènes avec la BEM.

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Guillot, Olivier. « Maillage multirésolution de surfaces : modélisation et maillage de formes humaines 3D ». La Rochelle, 2008. http://www.theses.fr/2008LAROS232.

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Lors de cette thèse nous avons élaboré une subdivision de surface permettant de prendre en compte différents types de discontinuités naturelles d'une surface (pointes, coins, plis et frontières) et les irrégularités du maillage qui la modélise. Le but d'une telle subdivision est d'obtenir des surfaces limites qui conservent les discontinuités naturelles afin d'améliorer la qualité de l'analyse multirésolution basée sur cette subdivision. Nous utilisons la racine de 3-subdivision parce qu'elle possède l'avantage de ne pas trop densifier les maillages à chaque étape. L'analyse multirésolution d'un maillage de surface par ondelettes sépare les basses fréquences des hautes fréquences, pour obtenir une approximation du maillage et des détails. Les détails peuvent être tronqués sans que le résultat de la synthèse ne soit trop éloigné du maillage original. Cette propriété permet une forte compression des informations, en effectuant une compression avec perte sur les détails. Les fonctions ondelette étant construites d'après notre racine de 3-subdivision, notre analyse prend en compte les discontinuités naturelles des surfaces, ce qui réduit encore les détails pour les surfaces anguleuses. Pour pouvoir analyser un maillage n fois, il faut que ce maillage ait une topologie compatible avec n subdivisions. Le nombre n doit être pair si la surface comporte des discontinuités naturelles. Nous avons développé des outils logiciels de calcul de géodésiques. Le but est de créer une méthode de remaillage qui produit un nouveau maillage de la surface possédant une telle topologie. Ces fonctionnalités sont toutes intégrées au logiciel MEFP3C
In this thesis, we developped a surface subdivision that handles different kind of natural discontinuities of surfaces (darts, corners, creases and bounds) and the irregularities of the mesh that represents it. The aim of such a subdivision is to create limit surfaces that keep the natural discontinuities in order to enhance the quality of the multiresolution analysis based on that subdivision. We use the square root 3-subdivision because the resulting meshes grow slower. The multiresolution analysis by wavelets of a mesh of surface split the low frequencies and the higher ones, in order to obtain an approximation of the mesh and "details". Details can be truncated without creating great losses in the result of the synthesis. This property permits data compression of the details. Because the wavelet function is based on our square root 3-subdivision it handles natural discontinuities of the surfaces. This gives even smaller details for meshes with sharp edges. In order to analyse a mesh n times, this mesh must have a topology compatible with n subdivisions. If the surface contains discontinuities, n should be even. We built software tools in order to create a remeshing method that generates meshes compatible with those topologies. All this features are available in MEFP3C

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Politis, Konstantinos. « Développement de modèles numériques de tension superficielle pour la simulation d'écoulements avec interface à l'aide d'une formulation multi-fluides ». Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016ECDN0021.

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Résumé :

Les méthodes de lubrification par injection d'air sont considérées par la communauté scientifique comme la principale percée technologique à venir pour la réduction de la trainée des navires de commerce. A cette fin, il est impératif de modéliser finement les phénomènes physiques en jeu dans la lubrification par injection d'air, qui intègrent la représentation précise de la tension superficielle, des instabilités d'interface et des écoulements avec entraînement d'air. Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés au développement d'outils de programmation, de schémas de reconstruction d'interface et de modélisations de tension superficielle dans le code de calcul ISIS-CFD. Deux nouvelles méthodes de calcul de la tension superficielle sont présentées. Elles utilisent un schéma de reconstruction globale de l'interface et sont couplées avec les schémas de discrétisation compressifs de la fraction volumique utilisés dans la formulation volumes finis non structurés sur laquelle est basé le code ISIS-CFD. Les résultats démontrent que des interactions dynamiques complexes, d'une ou plusieurs interfaces, peuvent être modélisées de façon précise. Ce travail permet d'envisager la réalisation ultérieure de calcul d'écoulements sur des navires lubrifiés par injection d'air, d’améliorer la compréhension physique et de contribuer à la modélisation macroscopique de modèles d'entraînement
Air Lubrication methods are regarded by the scientific community as the next major technological breakthrough in Naval Engineering to achieve the reduction of drag in commercial vessels. The accurate modeling of the physical phenomena governing the drag reduction mechanisms of Air Lubrication methods, namely, the dynamics of surface tension, the instabilities of the air-water interfaces and air entrainment, are imperative for the design of air-lubricated hulls. To that end, we have implemented to ISIS-CFD several programming tools, interface reconstruction schemes and surface tension modeling. Two new surface tension methods were developed. Both use a global interface reconstruction scheme and are coupled with the compressive discretization volume fraction schemes for the unstructured finite volume formulation that the flow solver ISIS-CFD is based on. The results demonstrate that complicated dynamic interactions of either a single or multiple interfaces can be accurately captured. In the context of a future research study, the proposed approaches could lead to the further enhancement of the modeling capabilities of ISISCFD by introducing a macroscopic air entrainment model and eventually the assessment of different physical effects encountered in lubricated naval vessels using ISIS-CFD

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Hajri, Souhail. « Modélisation des surfaces rocheuses naturelles à partir d'une scannerisation laser 3D et extraction automatique de formes caractéristiques : applications aux spéléothèmes et surfaces géologiques ». Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010CHAMS039.

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Ce travail concerne le traitement d'images 3D. On s'intéresse à l'automatisation des tâches d'extraction et de caractérisation des tommes de relief en milieu naturel à partir des nuages de points 3D acquis par l'outil laserscan. Après I structuration des données sous la forme de RTI: Réseaux Triangulaires irréguliers, un accent est mis sur la segmentation, pour la reconnaissance de tommes. L'intérêt est de décomposer le modèle RTI en régions homogènes possédant des caractéristiques communes correspondant à des objets géologiques significatifs. Cependant, les images traitées sont complexes (formes naturelles) et requièrent des connaissances a priori liées aux objets à segmenter. De ce fait, a été proposée une méthode de segmentation interactive basée sur les connaissances de l'opérateur. Le procédé consiste à marquer manuellement les régions d'intérêts dans le modèle afin d'extraire les formes géologiques souhaitées Cette approche s'appuie sur la méthode des lignes de partage des eaux (LPE). Une deuxième solution de segmentation plus automatisée et plus rapide est proposée. Ce type de solutions est focalisé sur deux objets dont on connait parfaitement les caractéristiques discriminantes: les discontinuités planes (plans de fracturation) et les stalagmites. Le procédé d'identification des discontinuités planes s'appuie sur l'algorithme de classification non supervisé DBSCAN et permet d'extraire automatiquement les paramètres liés à ces discontinuités: orientation, espacement, rugosité. . . La seconde approche (identification et caractérisation des stalagmites) est basée sur l'ajustement de la primitive géométrique ellipse
The research work presented in this dissertation concems 3d image processing. We are interested in the automation's tasks of the extraction and the characterization of reliefs fomms in the naturel environment from 3D point clouds acquired by LIDAR. Once thèse data are reconstructed as triangular meshes or TIN models (Triangular Irregular Networks), we are particularly interest in the 3D TIN model segmentation that is one of the essentiel stops of the pattern recognition process. The goal of segmentation is to décompose the TIN model into homogeneous régions with common characteristics that correspond to significant geological objects. However, the images to be processed are relatively complex (natural fomms), and thus req ui red a priori knowledge. Th us, we have initial ly proposed a method for interactive segmentation based on knowledge of the operator. The method involves manually marking the regions of interest in the models to extract the desired geological fomms. This approach is based on the watershed method. Later, a second segmentation solution, more automated is proposed. This solution is focused on two objects which we know perfectly its discriminating features: planar discontinuities and stalagmites. The identification and characterization process of planes discontinuities is based on the unsupervised clustering algorithm named DBSCAN which can automatically extract parameters related to the discontinuities of rock surfaces: orientation, spacing, roughness. . . The second approach, which aims the automatic identification and characterization, is based on ellipse fitting

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Gonga-Saholiarilava, Nahossio. « Quantification du relief terrestre à partir de grilles numériques : méthodes géomorphométriques, potentiel, analyse critique : tests et applications dans des zones de fronts montagneux ». Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA070075.

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Résumé :

Nous avons voulu rassembler ici le fruit de quatre années d'expérience en bureau d'étude et d'auto-apprentissage qui ont permis d'étudier et de caractériser des formes de la surface terrestre et des indicateurs de géomorphologie quantitative à partir d'analyses géomorphométriques basées sur des modèles ou grilles d'élévation. On y présente tout d'abord, sous forme d'un état des lieux, les caractéristiques et la structure des modèles d'élévation ainsi que la géomorphométrie et ses applications en géomorphologie et en reconnaissance de formes. Les bases analytiques et numériques des dérivées mathématiques de l'élévation (pente, convexités locales) et l'évaluation des erreurs au sein des modèles ont été développées et présentées dans un effort de synthèse didactique. Différents tests comparatifs à partir de grilles de sources et de résolutions variées ont été effectués sur plusieurs zones de fronts montagneux présélectionnées pour leurs caractéristiques structurales et géomorphologiques, débouchant sur des algorithmes d'analyse et de calcul adaptés aux conditions du terrain et proposant une méthodologie de cartographie de l'autocorrélation spatiale. À partir de l'analyse du réseau hydrographique et du calcul et de l'évaluation de la pente et des convexités locales, une procédure de localisation automatique des knickpoints a également été développée. Cette procédure est destinée à localiser rapidement et avec précision ces irrégularités dans le profil en long des rivières, par exemple pour des études exploratoires qui précèdent un travail de géomorphologie fluviale ou pour une analyse morphotectonique régionale. Cette nouvelle méthode a été testée dans le contexte de trois fronts montagneux : la Sierra Nacimiento (Nouveau Mexique), le segment de Weber des Wasatch Mountains (Utah), et le secteur de Solsona-Boixols dans les Pyrénées orientales espagnoles, et a permis d'identifier 50 à 80% des knickpoints observés sur le terrain. La variation des résultats obtenus dépend du type de modèle d'élévation utilisé et de sa résolution au sol. Pour de meilleurs résultats l'application demande à être calibrée plus finement grâce à l'introduction de contraintes géomorphométriques supplémentaires. Une telle amélioration se destinerait à prendre en compte l'ensemble des dynamiques d'écoulement fluvial qui caractérisent la présence d'un knickpoint et d'atteindre une capacité de détection de 70-80% quel que soit le modèle d'élévation retenu et la montagne considérée. Notre travail a permis de poser les bases d'un outil reproductible en fonction des paramètres intrinsèques aux modèles ou grilles d'élévation (erreurs, précision, exactitude et structure), qu'il est possible d'intégrer à des logiciels à finalité académique ou industrielle lorsqu'il s'agit d'utiliser les caractéristiques des réseaux hydrographiques comme instruments de diagnostic des dynamiques de la surface et de la subsurface terrestre
This work brings together results from four years of both professional experience and self-study focusing on digital elevation models and grid studies, which today form an important basis for terrestrial surface analysis and research in quantitative geomorphology. A didactic inventory of the characteristics and structures of elevation models and their related geomorphometric components is proposed. Analytical and numerical development of the mathematical derivatives of elevation (i. E. Slope and local slope curvatures) and techniques for assessing errors and error propagation in DEMs are proposed, with emphasis on spatial autocorrelation mapping as a tool for locating error hotspots. Comparative tests were carried out on selected geographical areas exhibiting mountain fronts with specific structural and geomorphologic features. Algorithms and methods for the calculation and interpretation of primary and secondary topographic attributes were designed and tested for their suitability to the chosen terrain conditions. I have also developed a numerical script that performs an automated search of geomorphologic features such as river knickpoints on multiple drainage networks. This prototype is designed to locate knickpoints rapidly and effectively, e. G. For exploratory studies prior to field investigations or for mapping crustal deformation and/or structural geology on a regional scale. Verifications and tests are carried out on three mountain fronts with differing characteristics: the Sierra Nacimiento, New Mexico; the Weber segment, Wasatch Mountains, Utah; and the Solsona-Boixols area, eastern Spanish Pyrénées. Based on ground-truth checks, the script could identify 50 to 80% of knickpoints depending on DEM source and ground resolution. Improvements to the script performance ratings call for the introduction of additional geomorphometncal constraints. In order to be process-based as well as purely geomorphometric in nature, these must reflect the dynamics of river flow. A desirable target would be a detection capacity ranging between 70 and 80% whatever the DEM and the mountain terrain considered. This script offers a reproducible numerical tool based on the key geomorphometric parameters of elevation grids including considerations of error, precision, accuracy and structure. It can be readily incorporated into software commonly used in academic and industrial applications that rely on drainage system characteristics for interpreting surface or subsurface dynamics

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Collino, Francis. « Analyse numérique de modèles de propagation d’ondes : application à la migration et à l’inversion des données sismiques ». Paris 9, 1987. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=1987PA090076.

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Trois thèmes sont abordés dans cette thèse. Etude des équations paraxiales qui décrivent des ondes se propageant dans une direction privilégiée, application à la sismique réflexion. Ensuite, application de la technique de Wiener hopf qui permet de résoudre le problème de la diffraction d'une onde acoustique par une fissure rectiligne semi-infinie. Enfin, étude de la vitesse de l'onde en fonction de la profondeur à partir de la trace de la solution de l'équation des ondes à deux dimensions.

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Fougerolle, Yohan. « Modélisation et reconstruction de surfaces par supershapes et R-fonctions ». Dijon, 2005. http://www.theses.fr/2005DIJOS041.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à la modélisation et à la reconstruction de surfaces par supershapes 3D et R-fonctions. Nous proposons deux fonctions implicites pour les supershapes. Nous étendons la littérature en modélisation géométrique en proposant une représentation de type géométrie solide constructive ou nous combinons des supershapes et des déformations globales en utilisant les R-fonctions. Nous appliquons ensuite notre méthode à la reconstruction de surfaces à partir de nuages de points 3D issus de la numérisation d'objets réels. Nous combinons les différentes supershapes reconstruites individuellement pour reconstituer l'objet final et obtenons une représentation implicite utilisée pour définir une mesure de l'erreur de reconstruction
This dissertation deals with surface modeling and surface reconstruction using supershapes and R-functions. We introduce two implicit functions for the supershapes. We propose an extension of the geometric modeling literature with a constructive solid geometry based approach that combines supershapes and global deformations through r-functions. Supershapes and r-functions are applied to reconstruct surfaces of 3D real objects. Using the previously introduced modeling technique, we combine individually reconstructed supershapes to represent the surface of the complete object. We obtain an implicit equation that is used to define the reconstruction error

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Isel, Sandra. « Développement de méthodologies et d'outils numériques pour l'évaluation du débit en réseau hydraulique à surface libre ». Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAD008/document.

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Résumé :

L’évaluation du débit en réseaux hydrauliques à surface libre est une problématique actuelle sur le plan scientifique, à forts enjeux technologiques, économiques et écologiques. Dans cette thèse, de nouvelles méthodologies d’instrumentation, basées sur une synergie entre mesures non intrusives de hauteur d’eau et modélisation numérique ont été développées. Celles-ci s’appliquent d’une part à des collecteurs dont le fonctionnement hydraulique est complexe et, d’autre part, à des ouvrages non-standard (Venturi, déversoirs d’orage). Ce travail de thèse multidisciplinaire vise une meilleure compréhension de l’écoulement pour en déduire des relations Q=f(hi) plus robustes, spécifiques à chaque site et associées à leurs incertitudes; mais également l’identification de possibles modifications du site de mesure afin d’améliorer l’estimation du débit. Au final, l’applicabilité des méthodologies développées a été éprouvée au travers de plusieurs études sur sites réels
The evaluation of the flow rate in free surface water systems is a current scientific problem, related to high technological, economical and ecological issues. In this study, new methods of instrumentation based on a synergy between non-intrusive water level measurements and numerical modeling have been developed. These methods are applied first to sewer pipes with complex hydraulic conditions then to non-standard hydraulic structures (Venturi flumes, Combined Sewer Overflows). This multidisciplinary work aims at a better understanding of the flow to identify more robust site-specific Q=f(hi) relationships related to their uncertainties. It also aims at the identification of possible modification of the measurement site in order to improve the flow rate evaluation. Finally, the applicability of the developed methodologies has been tested through several real site studies

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Claisse, Alexandra. « Modèle de reconstruction d'une surface échantillonnée par une méthode de ligne de niveau, et applications ». Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00443640.

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Résumé :

La reconstruction de surface, à partir de données échantillonnées, est un thème de recherche important et très actif depuis quelques années. L'enjeu est de pouvoir générer toute sorte de géométries et de topologies. Le but de ce travail est de trouver une surface régulière Gamma (typiquement de classe C2), passant au plus près de tous les points d'un échantillon V donné, c'est-à-dire telle que la distance euclidienne d(x, Gamma) soit minimale pour tout x dans V. Pour cela, on formule le problème à l'aide d'une équation aux dérivées partielles qui va caractériser l'évolution d'une surface Gamma(t). Cette EDP est composée d'un terme d'attraction, qui permet à Gamma(t) d'avancer jusqu'à V, et d'un terme de tension de surface, dont le rôle est de préserver la régularité de Gamma(t) au cours du temps. On montre d'abord que le problème est bien posé, c'est-à-dire que sa solution existe et qu'elle est unique. Cette EDP est ensuite résolue numériquement à l'aide de la méthode des lignes de niveau, et grâce à des schémas numériques spécifiques (avec approximation des dérivées d'ordre un et deux en espace en chaque noeud du maillage), sur des triangulations adaptées et anisotropes (pour améliorer la précision du résultat). D'un point de vue analyse, on montre que ces schémas sont consistants et stables en norme L2. Des exemples d'applications sont présentés pour illustrer l'efficacité de notre approche.

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Peter, Anne-Charlotte. « Variabilité de la température de la couche de mélange océanique en Atlantique équatorial aux échelles saisonnières à interannuelles, à l'aide de simulations numériques ». Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00157983.

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Résumé :

L'objectif de cette thèse est l'étude de la variabilité de la température de la couche de mélange océanique dans l'Atlantique équatorial, à l'aide de simulations numériques.
Les résultats obtenus montrent la prédominance des processus verticaux et des ondes tropicales d'instabilité (<35jours, ~500km) pour expliquer la variabilité de la température de la couche de surface à l'échelle annuelle.
L'étude d'évènements interannuels a permis de distinguer deux processus distincts responsables de la variabilité interannuelle de la température de surface : l'un dynamique et distant crée par les anomalies de vent dans l'ouest du bassin et agissant par l'intermédiaire de la propagation d'ondes de Kelvin équatoriales et le second, thermodynamique et local à l'échelle du Golfe de Guinée, créé par les anomalies interannuelles de flux de chaleur.

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Claisse, Alexandra. « Modèle de reconstruction d'une surface échantillonnée par un méthode de ligne de niveau, et applications ». Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00443640.

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Résumé :

La reconstruction de surface, à partir de données échantillonnées, est un thème de recherche important et très actif depuis quelques années. L'enjeu est de pouvoir générer toute sorte de géométries et de topologies. Le but de ce travail est de trouver une surface régulière Gamma (typiquement de classe C2), passant au plus près de tous les points d'un échantillon V donné, c'est-à-dire telle que la distance euclidienne d(x, Gamma) soit minimale pour tout x dans V. Pour cela, on formule le problème à l'aide d'une équation aux dérivées partielles qui va caractériser l'évolution d'une surface Gamma(t). Cette EDP est composée d'un terme d'attraction, qui permet à Gamma(t) d'avancer jusqu'à V, et d'un terme de tension de surface, dont le rôle est de préserver la régularité de Gamma(t) au cours du temps. On montre d'abord que le problème est bien posé, c'est-à-dire que sa solution existe et qu'elle est unique. Cette EDP est ensuite résolue numériquement à l'aide de la méthode des lignes de niveau, et grâce à des schémas numériques spécifiques (avec approximation des dérivées d'ordre un et deux en espace en chaque noeud du maillage), sur des triangulations adaptées et anisotropes (pour améliorer la précision du résultat). D'un point de vue analyse, on montre que ces schémas sont consistants et stables en norme L2. Des exemples d'applications sont présentés pour illustrer l'efficacité de notre approche.

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Barthémémy, Audrey. « Modélisation numérique de la combustion dans les chambres de statoréacteurs ». Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2002. http://www.theses.fr/2002ECAP0894.

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Résumé :

Ce projet de recherche concerne la modélisation de la combustion pour les statoréacteurs à injection liquide. Une analyse d'échelles montre que la combustion s'effectue au travers de surfaces et peut être modélisée à l'aide d'une densité de surface de flamme (modèle de flamme cohérente). A partir de calculs en chimie complexe et transport détaillé, une base de données de flammes prémélangées est établie pour le méthane, propane, et n-décane. Des développements sont par la suite effectués pour tenir compte de la nature confinée des configurations. Pour les flammes de diffusion, une première modélisation de l'interaction avec les parois est proposée à partir de calculs en configuration à contre-courant. Enfin, un nouveau modèle de combustion turbulente étagée, le CFM-S, est développé pour le régime partiellement prémélangé. L'application de ces différents travaux sur une configuration réelle conduit à des résultats satisfaisants par comparaison aux données expérimentales.

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Ibargüen, becerra César. « Effet des forces de van der Waals sur la dynamique de l'azote et de l'hydrogène en interaction avec la surface de W(100) ». Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0261.

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Une littérature scientifique nourrie est consacrée aux processus élémentaires hétérogènes se produisant à l’interface gaz-solide en raison de leur rôle clé dans de nombreux domaines. Ainsi, l’interaction d’atomes et de molécules avec les surfaces revêt une importance primordiale dans l’étude de la catalyse hétérogène, la combustion, la corrosion, le stockage de l’hydrogène, l’industrie automobile et pétrolière, les interactions plasma/paroi dans le contexte du réacteur expérimental thermonucléaire (ITER), les technologies du spatial, la chimie atmosphérique et l’astrochimie, pour citer quelques exemples. Lorsqu'un atome ou une molécule entre en collision avec une surface, de nombreux processus élémentaires peuvent avoir lieu. Ils dépendent de nombreux facteurs tels que : l'énergie de collision du projectile, l'angle d'incidence sur la surface, la température de surface, l'état initial le des molécules, le transfert d'énergie entre la surface des projectiles, etc… Tous ces facteurs influencent fortement les mécanismes réactionnels et la dynamique de ces processus. Les expériences de faisceaux moléculaires permettent un contrôle toujours plus précis de l'état initial des réactifs associé à un caractérisation fine des produits de réactions. Cependant, dans la plupart des cas, ces observations expérimentales ne fournissent pas tous les détails qui nous permettent de décrire finement les mécanismes gouvernant les processus élémentaires étudiés. Par conséquent, l'élaboration de modèles théoriques devient essentielle pour en rationaliser la description. L'objectif principal de ce travail de thèse est de proposer une analyse de la dynamique de plusieurs processus élémentaires pouvant se produire sur une surface de W(100) en contact avec de l'hydrogène et de l'azote (diffusion inélastique de N2 et H2, l'adsorption dissociative et non dissociative de H2 et l'adsorption et l'absorption de H et N). Par rapport aux études antérieures, la nouveauté de ce travail réside dans la prise en compte des interactions à longue distance de type van der Waals, qui s’avèrent essentielles lorsqu'on souhaite atteindre un bon accord théorie expérience dans le régime des faibles énergies de collision. Les résultats sont comparés aux données expérimentales disponibles et aux résultats théoriques antérieurs. Des simulations de dynamique moléculaire quasi-classique sont réalisés à l'aide de surfaces d'énergie potentielle (PES) basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, tenant compte d’interactions non locales, telles que les forces de van der Waals. La dissipation de l’énergie aux vibrations du réseau et aux excitations électroniques est prise en compte au moyen de modèles effectifs
An important part of scientific literature is devoted to the heterogeneous elementary processes occurring at gas-solid interface due to their great importance and key role in many different domains and applications. Thus, interaction of gas atoms/molecules with surface reactions are of primary importance in the study of: heterogeneous catalysis, combustion of solid fuel and coal gasification, processes of corrosion, hydrogen storage in solid material, automotive and oil industry, plasma-wall interactions in the context of thermonuclear experimental reactor (ITER), atmospheric re-entries technologies and astrochemistry, to name some examples. When an atom or molecule impinges on a surface many different elementary processes can take place, which depends on factors such as: the collision energy of the projectile, the angle of incidence to the surface, the surface temperature, the initial state of the molecules, the transference of energy projectiles-surface, etc. All these factors determines the mechanisms of reaction and the dynamics of the processes. Experimental molecular beams (MB) and other experimental techniques are able to accurately control the initial state of the reactive and characterizing products of gas-surface reactions. However, in most of the case experimental techniques do not provide enough details about the mechanisms through which elementary processes occur. Consequently, theoretical models becomes essential to rationalize the description that in certain cases the experiments do not reach.The main goal of this thesis work is to propose an analyze of the dynamics of several elementary processes occurring on a W(100) surface, such as: the inelastic scattering of N2 and H2, the dissociative and non-dissociative adsorption of of H2 and the adsorption and absorption of H and N. Compared to previous studies, the novelty of this work resides in the taking into account of van der Waals long-distance interactions, which are essential to reach a good agreement between theoretical and experiment results, especially at low collision energy regime. To rationalize the non-adiabatic effects, the energy dissipation to lattice vibrations and electronic excitation are taken in to account by means of GLO and LDFA models respectively

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Squarzoni, Cristina. « Mesure des champs de déplacement de surface et modélisation numérique des glissements de terrain ». Lyon 1, 2003. http://www.theses.fr/2003LYO10262.

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Trois glissements de terrain, La Valette et La Clapière (France) et S. Andrea (Italie), ont été étudiés à l'aide d'études des mouvements de surface et des modélisations aux différences finies. Sur les sites de La Valette et La Clapière, les techniques de l'interférométrie SAR et du GPS ont permis d'obtenir une meilleure compréhension de la cinématique et de l'évolution des mouvements de surface et de distinguer, délimiter et décrire des secteurs à différente activité. L'étude topographique menée sur le site de S. Andrea a montré une activité de la portion centrale et occidentale du versant. Les observations de terrain conduites sur le versant ont permis la réalisation d'un modèle géologique et géotechnique de la zone en mouvement, qui a fait objet de la modélisation aux différences finies en 2D et 3D. Cette technique a permis de calculer l'état de contrainte du versant, de proposer la position d'une ou plus surfaces de rupture potentielles et de proposer des possibles interventions

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Sarti, Francesco. « Potentiel de la télédétection optique-radar pour le suivi des changements et déformations de la surface terrestre : application à la gestion des risques naturels ». Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30289.

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L'étude, l'application et, dans une certaine mesure, l'amélioration des techniques de télédétection pour la cartographie des variations de l'état de surface et pour la mesure des déformations du sol grâce aux données spatiales optiques/radar constituent l'objet de cette thèse. Les variations et déformations considérées ici sont celles associées à des évènements tels que les tremblements de terre, les subsidences, les éruptions volcaniques et les inondations, d'où l'intérêt de ces techniques du point de vue de la modélisation scientifique ainsi que pour l'application à la gestion opérationnelle des urgences et la mise en œuvre de procédures pour la livraison de produits issus de données spatiales en temps quasi-réel aux organismes chargés de la gestion des urgences (Protections Civiles)
The study, the application and (to a certain extent) the improvement of techniques based on spaceborne radar and optical data for surface change detection and displacement measurement have been investigated in this PhD thesis. Under specific conditions, these data can allow mapping and measuring surface changes and ground deformations associated to events such as earthquakes, subsidence, volcanic eruptions and floods. Therefore, these techniques deserve a particular interest both in a scientific context (support for the improvement of seismic and geo-hydrological models) as well as for natural risk management in an operational context (delivery of products issued from Earth Observation for the support to emergency operations and rescue organizations)

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Yu, Mulin. « Reconstruction et correction de modèles urbains à l'aide de structures de données cinétiques ». Thesis, Université Côte d'Azur, 2022. http://www.theses.fr/2022COAZ4077.

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Résumé :

Les modèles numériques 3D compacts et précis de bâtiments sont couramment utilisés par les praticiens pour la visualisation d'environnements existants ou imaginaires, les simulations physiques ou la fabrication d'objets urbains. La génération de tels modèles prêts à l'emploi est cependant un problème difficile. Lorsqu'ils sont créés par des designers, les modèles 3D contiennent généralement des erreurs géométriques dont la correction automatique est un défi scientifique. Lorsqu'ils sont créés à partir de mesures de données, généralement des balayages laser ou des images multivues, la précision et la complexité des modèles produits par les algorithmes de reconstruction existants n'atteignent souvent pas les exigences des praticiens. Dans cette thèse, j'aborde ce problème en proposant deux algorithmes : l'un pour réparer les erreurs géométriques contenues dans les formats spécifiques de modèles de bâtiments, et l'autre pour reconstruire des modèles compacts et précis à partir de nuages de points générés à partir d'un balayage laser ou d'images stéréo multivues. Le composant clé de ces algorithmes repose sur une structure de données de partitionnement d'espace capable de décomposer l'espace en cellules polyédriques de manière naturelle et efficace. Cette structure de données permet à la fois de corriger les erreurs géométriques en réassemblant les facettes de modèles 3D chargés de défauts, et de reconstruire des modèles 3D à partir de nuages de points avec une précision et complexité proche de celles générées par les outils interactifs de Conception Assistée par Ordinateur.Ma première contribution est un algorithme pour réparer différents types de modèles urbains. Les travaux antérieurs, qui reposent traditionnellement sur une analyse locale et des heuristiques géométriques sur des maillages, sont généralement conçus sur-mesure pour des formats 3D et des objets urbains spécifiques. Nous proposons une méthode plus générale pour traiter différents types de modèles urbains sans réglage fastidieux des paramètres. L'idée clé repose sur la construction d'une structure de données cinétiques qui décompose l'espace 3D en polyèdres en étendant les facettes du modèle d'entrée imparfait. Une telle structure de données permet de reconstruire toutes les relations entre les facettes de manière efficace et robuste. Une fois construites, les cellules de la partition polyédrique sont regroupées par classes sémantiques pour reconstruire le modèle de sortie corrigé. Je démontre la robustesse et l'efficacité de l'algorithme sur une variété de modèles réels chargés de défauts et montre sa compétitivité par rapport aux techniques traditionnelles de réparation de maillage à partir de données de modélisation des informations du bâtiment (BIM) et de systèmes d'information géographique (SIG). Ma deuxième contribution est un algorithme de reconstruction inspiré de la méthode Kinetic Shape Reconstruction, qui améliore cette dernière de différentes manières. En particulier, je propose une technique pour détecter des primitives planaires à partir de nuages de points 3D non organisés. Partant d'une configuration initiale, la technique affine à la fois les paramètres du plan continu et l'affectation discrète de points d'entrée à ceux-ci en recherchant une haute fidélité, une grande simplicité et une grande complétude. La solution est trouvée par un mécanisme d'exploration guidé par une fonction énergétique à objectifs multiples. Les transitions dans le grand espace des solutions sont gérées par cinq opérateurs géométriques qui créent, suppriment et modifient les primitives. Je démontre son potentiel, non seulement sur des bâtiments, mais sur une variété de scènes, des formes organiques aux objets fabriqués par l'homme
Compact and accurate digital 3D models of buildings are commonly used by practitioners for the visualization of existing or imaginary environments, the physical simulations or the fabrication of urban objects. Generating such ready-to-use models is however a difficult problem. When created by designers, 3D models usually contain geometric errors whose automatic correction is a scientific challenge. When created from data measurements, typically laser scans or multiview images, the accuracy and complexity of the models produced by existing reconstruction algorithms often do not reach the requirements of the practitioners. In this thesis, I address this problem by proposing two algorithms: one for repairing the geometric errors contained in urban-specific formats of 3D models, and one for reconstructing compact and accurate models from input point clouds generated from laser scanning or multiview stereo imagery. The key component of these algorithms relies upon a space-partitioning data structure able to decompose the space into polyhedral cells in a natural and efficient manner. This data structure is used to both correct geometric errors by reassembling the facets of defect-laden 3D models, and reconstruct concise 3D models from point clouds with a quality that approaches those generated by Computer-Aided-Design interactive tools.My first contribution is an algorithm to repair different types of urban models. Prior work, which traditionally relies on local analysis and heuristic-based geometric operations on mesh data structures, is typically tailored-made for specific 3D formats and urban objects. We propose a more general method to process different types of urban models without tedious parameter tuning. The key idea lies on the construction of a kinetic data structure that decomposes the 3D space into polyhedra by extending the facets of the imperfect input model. Such a data structure allows us to re-build all the relations between the facets in an efficient and robust manner. Once built, the cells of the polyhedral partition are regrouped by semantic classes to reconstruct the corrected output model. I demonstrate the robustness and efficiency of the algorithm on a variety of real-world defect-laden models and show its competitiveness with respect to traditional mesh repairing techniques from both Building Information Modeling (BIM) and Geographic Information Systems (GIS) data.My second contribution is a reconstruction algorithm inspired by the Kinetic Shape Reconstruction method, that improves the later in different ways. In particular, I propose a data fitting technique for detecting planar primitives from unorganized 3D point clouds. Departing from an initial configuration, the technique refines both the continuous plane parameters and the discrete assignment of input points to them by seeking high fidelity, high simplicity and high completeness. The solution is found by an exploration mechanism guided by a multi-objective energy function. The transitions within the large solution space are handled by five geometric operators that create, remove and modify primitives. I demonstrate its potential, not on buildings only, but on a variety of scenes, from organic shapes to man-made objects

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Jaar, Frédéric. « Reconstruction 3D à l'aide de surfaces à déformations libres ». Dijon, 1999. http://www.theses.fr/1999DIJOS054.

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Résumé :

Cette thèse porte sur la création d'un modèle de déformation de surface. L'objectif de nos travaux est de présenter un modèle géométrique complet (de représentation et de déformation de surface) qui puisse être intégré dans une application telle qu'un modeleur. Dans une première partie, nous procédons a une présentation des différents modèles de surfaces, avec pour chacun d'eux leurs avantages et leurs inconvénients face à nos besoins. Ensuite nous étudions l'ensemble des modèles de déformations qui peuvent être appliqués à ces surfaces. Apres cet état de l'art, nous présentons notre modèle élastique de déformation de surface B-spline bicubique. Notre surface de type « Patchwork » est un assemblage de surfaces uniformes, que nous appelons les motifs. Pour une exploitation performante de cette structure hiérarchique, nous l'associons à une représentation arborescente à l'aide d'un alphabet. Ensuite notre surface est introduite dans un modèle énergétique de déformation, ce qui nous permet d'agir sur elle. Enfin nous présentons toute une palette d'outils de déformation, dont le profileur qui permet de modeler l'ensemble ou une partie d'une surface en fonction d'une autre. Nous terminons ce document par la présentation de différentes applications dans lesquelles notre modèle a été intégré.

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Lelievre, Tony. « Analyse mathématique et numérique de modèles pour les matériaux, de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique ». Habilitation à diriger des recherches, Université Paris Dauphine - Paris IX, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00392808.

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Résumé :

La première partie du mémoire concerne l'étude de modèles multi-échelles (ou micro-macro) pour les fluides complexes. L'intérêt de ces modèles est d'éviter d'avoir à postuler des lois de comportements phénoménologiques, en couplant une description macroscopique classique (lois de conservations de la quantité de mouvement et de la masse) sur la vitesse et la pression, à des modèles microscopiques pour l'évolution des microstructures dans le fluide, à l'origine du caractère non-newtonien du fluide. La loi de comportement consiste alors à exprimer le tenseur des contraintes en fonction de la conformation des microstructures. Durant la thèse, nous avons obtenu quelques résultats d'existence et de convergence des méthodes numériques utilisées pour ces modèles. Plus récemment, nous proposons une méthode numérique pour coupler des modèles micro-macro (fins mais chers) avec des modèles macroscopiques (plus grossiers, mais beaucoup plus économiques en temps de calcul). Nous analysons par ailleurs une méthode de résolution des équations aux dérivées partielles en grande dimension qui a été proposée dans le contexte de la résolution numérique des modèles à l'échelle microscopique pour les fluides polymériques.

L'essentiel de nos travaux les plus récents sur le sujet concerne le comportement en temps long de ces modèles, avec un double objectif : théoriquement, la compréhension des modèles physiques passe souvent par l'étude de la stabilité des solutions stationnaires, et de la vitesse de convergence vers l'équilibre ; numériquement, la stabilité des schémas en temps long est cruciale, car on utilise typiquement des simulations instationnaires en temps long pour calculer des solutions stationnaires. Nous montrons comment analyser le comportement des modèles micro-macro en temps long, en utilisant des méthodes d'entropie. Cette étude a ensuite permis de comprendre le comportement en temps long de modèles macroscopiques standard (type Oldroyd-B), et de préciser sous quelles conditions les schémas numériques vérifient des propriétés similaires de stabilité en temps long.

La seconde partie du mémoire résume des travaux en simulation moléculaire, à l'échelle quantique, ou à l'échelle de la dynamique moléculaire classique. A l'échelle quantique, nous nous intéressons aux méthodes Quantum Monte Carlo. Il s'agit de méthodes numériques probabilistes pour calculer l'état fondamental d'une molécule (plus petite valeur propre de l'opérateur de Schrödinger à N corps). Essentiellement, il s'agit de donner une interprétation probabiliste du problème par des formules de Feynman-Kac, afin de pouvoir appliquer des méthodes de Monte Carlo (bien adaptées pour des problèmes de ce type, en grande dimension). Nous proposons tout d'abord une étude théorique de la méthode Diffusion Monte Carlo, et notamment
d'un biais introduit par l'interprétation probabiliste (appelé fixed node approximation). Nous analysons ensuite les méthodes numériques utilisées en Diffusion Monte Carlo, et proposons une nouvelle stratégie pour améliorer l'échantillonnage des méthodes Variational Monte Carlo.

En dynamique moléculaire, nous étudions des méthodes numériques pour le calcul de différences d'énergie libre. Les modèles consistent à décrire l'état d'un système par la position (et éventuellement la vitesse) de particules (typiquement les positions des noyaux dans un système moléculaire), qui interagissent au travers d'un potentiel (qui idéalement proviendrait d'un calcul de mécanique quantique pour déterminer l'état fondamental des électrons pour une position donnée des noyaux). L'objectif est de calculer des moyennes par rapport à la mesure de Boltzmann-Gibbs associée à ce potentiel (moyennes dans l'ensemble canonique). Mathématiquement, il s'agit d'un problème d'échantillonnage de mesures métastables (ou multi-modales), en très grande dimension. La particularité de la dynamique moléculaire est que, bien souvent, on a quelques informations sur les "directions de métastabilité" au travers de coordonnées de réaction. En utilisant cette donnée, de nombreuses méthodes ont été proposées pour permettre l'échantillonnage de la mesure de Boltzmann-Gibbs. Dans une série de travaux, nous avons analysé les méthodes basées sur des équations différentielles stochastiques avec contraintes (dont les solutions vivent sur des sous-variétés définies comme des lignes de niveaux de la coordonnée de réaction). Il s'agit en fait d'analyser des méthodes d'échantillonnage de mesures définies sur des sous-variétés de grande dimension. Plus récemment, nous avons étudié des méthodes adaptatives qui ont été proposées pour se débarrasser des métastabilités. Mathématiquement, il s'agit de méthodes d'échantillonnage préférentiel, avec une fonction d'importance qui est calculée au cours de la simulation de manière adaptative. Nous avons étudié la vitesse de convergence vers la mesure d'équilibre pour ces méthodes adaptatives, en utilisant des méthodes d'entropie. Nous avons proposé de nouvelles méthodes numériques à la communauté appliquée pour utiliser au mieux ces idées.

La troisième partie du mémoire résume des travaux issus d'une collaboration avec l'entreprise Rio Tinto (anciennement Pechiney puis Alcan), leader mondial pour la technologie des cuves d'électrolyse de l'aluminium. Cette collaboration a été entamée il y a plusieurs années par C. Le Bris, et notamment au travers de la thèse de J-F. Gerbeau. Mathématiquement, il s'agit d'analyser et de discrétiser les équations de la magnétohydrodynamique pour deux fluides incompressibles non miscibles, séparés par une interface libre. Nous expliquons le contexte industriel et la modélisation, nous résumons la méthode numérique adoptée (méthode Arbitrary Lagrangian Eulerian) et donnons quelques propriétés satisfaites par le schéma (stabilité, conservation de la masse). Nous montrons ensuite comment ce modèle permet d'étudier un phénomène (potentiellement déstabilisant) observé dans les cuves d'électrolyse : le rolling. Ces résultats ont été pour la plupart obtenus durant la thèse.

Plus récemment, dans le prolongement de l'étude industrielle, nous nous sommes intéressés à un problème de modélisation fondamentale pour les écoulements à surface (ou interface) libre: le mouvement de la ligne de contact (i.e. le bord de la surface libre qui glisse le long de la paroi). En résumé, nos travaux consistent essentiellement en deux contributions: (i) une compréhension variationnelle d'une condition aux limites permettant de modéliser correctement le mouvement de la ligne de contact (Generalized Navier Boundary Condition), et son implémentation dans un schéma Arbitrary Lagrangian Eulerian, (ii) une analyse de la stabilité du schéma obtenu.

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Kessentini, Sameh. « Modélisation et optimisation de nanostructures plasmoniques : applications biomédicales ». Troyes, 2012. http://www.theses.fr/2012TROY0024.

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Cette thèse porte sur la modélisation et l’optimisation des structures plasmoniques : les biocapteurs nanostructurés dédiés à un diagnostic précoce de maladie et les nanoparticules utilisées en thérapie photothermique. Le mode opératoire de ces structures se base sur l’interaction avec la lumière. Pour les modéliser, le problème de diffusion électromagnétique est résolu en utilisant la théorie de Mie ou l’approximation discrétisation de dipôles. Le modèle numérique a été développé pour décrire l’effet de plusieurs paramètres des biocapteurs. Ensuite, le modèle est validé par comparaison à des résultats expérimentaux. Pour l’optimisation de ce type de problèmes à variables continues, l’optimisation par essaims particulaires est choisie. Certaines faiblesses des algorithmes ont été décryptées en introduisant un jeu d’essai plasmonique et des développements algorithmiques ont été proposés et validées sur un jeu d’essai de référence et celui plasmonique. L’optimisation du biocapteur montre que sa sensibilité (donnée par le gain en spectroscopie Raman) peut être augmentée de six fois par rapport au meilleur résultat expérimental. L’optimisation des nanoparticules (maximisation de leur absorption de la lumière) donne aussi des résultats nettement meilleurs que ceux reportés en littérature. De plus ces nanoparticules optimisées sont comparées entre elles. Enfin, la tolérance de la conception des structures optimisées est discutée
The present work deals with the modelling and optimization of the plasmonic structures: nanostructured biosensor for early disease diagnosis, and gold nanoparticles for photothermal therapy. Both structures are based on interaction with light. For modelling, the electromagnetic scattering problem is therefore solved using Mie theory and discrete dipole approximation (DDA). The numerical model is extended to take into account many parameters of biosensors. Then, the validity of the model is checked through comparison to experimental results. To optimize such problems of continuous variables, the particle swarm optimisation (PSO) is chosen. A plasmonic benchmark is introduced to test a set of algorithms and reveals some limitations. For this, we introduce a new memetic adaptive PSO (AMPSO) algorithm. The AMPSO is tested on a set of reference benchmark as well as the plasmonic benchmark and demonstrates its ability to find the global optimum solution rapidly. The optimization of biosensor shows that its sensitivity (given by the surface enhanced Raman spectroscopy gain) can be improved six times compared with the best experimental results. The optimization of nanoparticules (maximization of light absorption) reveals, as well, improved results compared to previous studies. Moreover, the optimized nanoparticles are compared to each other. Finally, the design tolerance of these nanostructures is also discussed

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Romdhane, Hela. « Etude expérimentale et modélisation d'écoulement à surface libre en présence de végétation, et transport sédimentaire associé ». Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0032/document.

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Résumé :

Les rivières forment un système dynamique complexe soumis à des variations de grande ampleur, en effet les précipitations sont jugées comme la cause fondamentale de ces fluctuations. Au cours du temps, la morphologie des rivières évolue sous l’influence de plusieurs paramètres, en particulier les crues, les ouvrages hydrauliques, le transport sédimentaire. Le développement de la végétation dans le lit de la rivière et sur les berges peut affecter les conditions hydrodynamiques et le comportement des cours d'eau, ainsi l'impact de la végétation est une question cruciale pour la gestion des réseaux d'irrigation et des flux naturels. En réduisant la vitesse, la présence de végétation peut augmenter les dépôts de sédiments et modifier le risque d'inondation du fait des effets combinés de l'augmentation de la rugosité et de la diminution de la zone d'écoulement du chenal principal du fleuve. Ces aspects sont mis en avant par l’application de simulations numériques à des cas réels : cas de la Medjerda et du Canal Medjerda Cap Bon en Tunisie. La végétation est une caractéristique commune des eaux côtières et fluviales naturelles, interagissant à la fois avec le débit d'eau et le transport de sédiments. Cependant, les processus physiques qui régissent ces interactions sont encore mal compris, ce qui rend difficile la prévision du transport des sédiments et de la morpho dynamique. L’enjeu de cette thèse est d’améliorer la connaissance des processus physiques régissant les interactions entre végétation, écoulement et transport sédimentaire. Le but final est de pouvoir améliorer la gestion des hydro-systèmes artificiels ou naturels. Ce travail impliquera deux approches complémentaires d’expériences et de modélisation analytique et numérique. Dans un premier temps, on s’attachera à mieux caractériser les processus physiques d’interaction entre végétation et écoulement. Pour cela des expériences sur différents canaux fourniront l’hydrodynamique au-dessus de végétations modèles. On mettra l’accent sur le développement des méthodes expérimentales spécifiques à l’étude de couche limite au-dessus de macro-rugosités. Ces résultats seront dans un second temps analysés à partir de modèles analytiques qui permettent d’avoir les relations hauteur-débits nécessaires pour la gestion. Les caractéristiques et les performances de plusieurs modèles seront évaluées en regard des différents types de végétations. Dans un troisième temps, des expériences avec des sédiments préciseront l’influence de la végétation sur la modification du transport solide. La réduction des contraintes sur les lits engendre une adaptation nécessaire des lois de transport classique. Un modèle d’ajustement de ces lois sera proposé
Rivers form a complex dynamic system subject to wide variations, in fact precipitation is considered as the fundamental cause of these fluctuations. Over time, the morphology of rivers evolves under the influence of several parameters, especially floods, hydraulic structures, sediment transport. The development of vegetation in the river bed and on the banks can affect the hydrodynamic conditions and the behavior of a watercourse, so the impact of vegetation on sediment transport is a crucial issue for the management of irrigation networks and natural flows. By reducing velocity, the presence of vegetation can increase sediment deposition and modify the risk of flooding due to the combined effects of increasing roughness and decreasing of flowing area of the river main channel. These aspects are highlighted by the application of numerical simulations to real cases: the case of the Medjerda River and the Channel of Medjerda Cap Bon in Tunisia. Vegetation is a common feature of natural coastal and riverine waters, interacting with both water flow and sediment transport. However, the physical processes governing these interactions are still poorly understood, making it difficult to predict sediment transport and morpho dynamics. The aim of this thesis is to improve the knowledge of the physical processes governing the interactions between vegetation, flow and sediment transport on the one hand, and to select the appropriate model that will be applied in the real case of rivers. The ultimate purpose is to improve the management of artificial or natural hydro-systems. This work will involve two complementary approaches to experiments and analytical and numerical modeling. At first, we will focus on better characterizing the physical processes of interaction between vegetation and flow. For this, experiments on different channels will provide hydrodynamics over model vegetation’s. Emphasis will be placed on the development of experimental methods specific to boundary layer studies over macro-roughness. These results will be analyzed in a second time from analytical models that allow the stage-discharge relationships required for management. The characteristics and performances of several models will be evaluated with regard to different types of vegetation. Thirdly, experiments with sediments will specify the influence of vegetation on the modification of solid transport. The reduction of the constraints on the beds generates a necessary adaptation of the classical transport laws. An adjustment model for these laws will be proposed

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Mohamed, Mostafa. « Evaluation de la qualité des modèles 3D de bâtiments en photogrammétrie numérique aérienne ». Thesis, Strasbourg, 2013. http://www.theses.fr/2013STRAD037/document.

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Résumé :

Les méthodes et les outils de génération automatique ou semi-automatique de modèles 3D urbains se développent rapidement, mais l’évaluation de la qualité de ces modèles et des données spatiales sur lesquelles ils s’appuient n’est que rarement abordée. Notre objectif est de proposer une approche multidimensionnelle standard pour évaluer la qualité des modèles 3D de bâtiments en 1D, 2D et 3D. Deux méthodes sont présentées pour l'évaluation 1D. La première se base sur l’analyse de l’erreur moyenne quadratique en X, Y et Z. La deuxième solution s’appuie sur les instructions parues au Journal Officiel du 30 octobre 2003 et exigeant le respect de classes de précisions. L'approche que nous proposons se penche sur le calcul d'indices de qualité fréquemment rencontrés dans la littérature. L'originalité de notre approche réside dans le fait que les modèles employés en entrée ne se limitent pas au mode raster, mais s'étendent au mode vecteur. Il semble évident que les modèles définis en mode vecteur s'avèrent plus fidèles à la réalité qu'en mode raster. Les indices de qualité 2D et 3D calculés montrent que les modèles 3D de bâtiments extraits à partir des couples d’images stéréoscopiques sont cohérents. Les modèles reconstruits à partir du LiDAR sont moins exacts. En conclusion, cette thèse a abouti à l’élaboration d’une approche d’évaluation multidimensionnelle de bâtiments en 3D. L’approche proposée dans cette thèse est adaptée et opérationnelle pour des modèles vectoriels et rasters de bâtiments 3D simplifiés
Methods and tools for automatic or semi-automatic generation of 3D city models are developing rapidly, but the quality assessment of these models and spatial data are rarely addressed. A comprehensive evaluation in 3D is not trivial. Our goal is to provide a standard multidimensional approach for assessing the quality of 3D models of buildings in 1D, 2D and 3D. Two methods are applied. The first one is done by computing Root Mean Square Errors (RMSE) based on the deviations between both models (reference and test), in X, Y and Z directions. Second method is performed by applying the French legal text (arrêté sur les classes de précision) that is based on the instructions published in the Official Journal from October 30, 2003. These indices pass through the space discretization in pixels or voxels for measuring the degree of superposition of 2D or 3D objects. The originality of this approach is built on the fact that the models used as input are not only limited to raster format, but also extended to vector format. The results of statistics of the quality indices calculated for assessing the building models show that the 3D building models extracted from stereo-pairs are close from each other. Also, the models reconstructed from LiDAR are less accurate than the models reconstructed from aerial images alone. In conclusion, the quality evaluation of 3D building models has been achieved by applying the proposed multi-dimensional approach. This approach is suitable for simplified 3D building vector models created from aerial images and/or LiDAR datasets

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Tannoury, Elias. « Contribution à la prévision du bruit tonal des machines tournantes subsoniques : couplage des simulations numériques et des modèles analytiques avec les analogies acoustiques ». Phd thesis, Paris, ENSAM, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00935537.

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La conception des groupes moto-ventilateurs au sein de Valeo Systèmes Thermiques et la prédiction de leurs performances aérauliques reposent majoritairement sur les méthodes de développement virtuel, i.e. la conception assistée par ordinateur et la simulation numérique de la mécanique des fluides. Dans ce cadre, le présent travail propose une méthodologie de prédiction et de minimisation de la composante tonale du bruit d'un groupe moto-ventilateur. L'approche adoptée est hybride et dissocie la génération et la propagation du bruit. La propagation en champ libre est calculée avec une formulation intégrale de l'analogie de Ffowcs-Williams et Hawkings. Dans un premier temps, les termes-sources à la surface du rotor et du stator sont calculés par une simulation numérique instationnaire. La compacité de la pale ainsi que l'influence du maillage acoustique sur la prédiction sont ensuite investiguées. Finalement, les résultats sont comparés aux mesures expérimentales. Dans un deuxième temps, les sources acoustiques à la surface du stator sont calculées avec le modèle de Sears enrichi avec des données extraites d'une simulation stationnaire du rotor complet. Avant de procéder à la prédiction acoustique, l'influence du modèle de turbulence sur les résultats finaux est évaluée à travers une comparaison entre LES et RANS pour l'écoulement autour de profils extrudés. Enfin, la problématique de minimisation du bruit tonal est traitée en tant que problème d'optimisation où la géométrie d'une aube est paramétrée et où la recherche de l'optimum est conduite par un algorithme génétique. Cette optimisation a permis de concevoir un stator moins bruyant et adapté à l'écoulement en aval du rotor étudié.

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Ding, Yu. « Méthodes numériques sur l'équation intégrale aux bords pour le problème des ondes acoustiques diffractées par une surface rigide en 3D ». Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112031.

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Cette thèse traite du problème de propagation des ondes acoustiques diffractées d'une surface rigide par équation intégrale aux bords. Equation intégrale peut s'écrire sous la forme: 1/2 u(t,x)=ui(t,x)+1/4π ∫r(x-y). N ⃗y)/∣x-y∣2. (u(τ,y))/∣x-y∣+1/c ∂u/∂t(τ,y))dσy où ui est l'onde incidente dans R3, Γ est la surface, n ⃗y est la normale unitaire à point y sur Γ, ∣x-y∣ la distance entre x et y, τ=t-∣x-y∣. Cette équation est une équation du potentiel retardé, et nous pouvons trouver un schéma explicite, successif en temps. Souvent, nous utilisons des méthodes de collocation, i. E. Une discrétisation par collocation en espace et par différences finies en temps. Dans cette thèse, nous donnons quelques méthodes de formulation variationnelle, en particulier, une méthode de formulation variationnelle du type Galerkin. Un théorème de convergence est démontré pour cette dernière dans le cas de deux plans parallèles. Les éléments constants par morceaux en espace et en temps sont utilisables pour la surface composée des facettes plans. Une comparaison des résultats numériques obtenus par la méthode de Galerkin et les méthodes de collocation est présentée. Quelques méthodes de couplage sont aussi proposées. Les comparaisons des résultats numériques sont données pour toutes les méthodes de couplage et non-couplage
This thesis deals with resolving the scattering problem of wave propagation via boundary integral equation (B. I. E. ) methods. It is well known that the problem for transient wave propagation scattering from a hard surface is usually described by means of a B. I. E. 1/2 u(t,x)=ui(t,x)+1/4π ∫r(x-y). N ⃗y)/∣x-y∣2. (u(τ,y))/∣x-y∣+1/c ∂u/∂t(τ,y))dσy where ui is the incident wave, the solution of wave equation in free field. Γ is the surface, n ⃗y the unitary normal at y on the surface Γ, ∣x-y∣ the distance between x and y, τ=t-∣x-y∣. This equation is a retarded potential equation, we can find an explicit marching in time scheme. Usually, we use collocation methods, that is, a discretisation by collocation in space and by finite difference in time. In this thesis, we give some variational formulation methods, in particular, a Galerkin type variational formulation method. A convergence theorem is proved for the Galerkin method in the case of two parallel planes. The constant elements by mesh in space and in time are usable for the surface composed by facet planes. A comparison of numerical results obtained by the Galerkin method and collocation methods is presented. Some coupling methods are also proposed. Comparisons of numerical results are given for all the coupling and non-coupling methods

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Baldacci, Fabien. « Graphe de surface orientée : un modèle opérationnel de segmentation d'image 3D ». Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13940/document.

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Résumé :

Dans ce travail nous nous intéressons à la segmentation d’image 3D. Le but est de définir un cadre permettant, étant donnée une problématique de segmentation, de développer rapidement un algorithme apportant une solution à cette problématique. Afin de ne pas être restreint à un sous ensemble des types de problématique de segmentation, ce cadre doit permettre de mettre en oeuvre efficacement les différentes méthodes et les différents critères de segmentation existants, dans le but de les combiner pour définir les nouveaux algorithmes. Ce cadre doit reposer sur un modèle de structuration d’image qui représente la topologie et la géométrie d’une partition et permet d’en extraire efficacement les informations requises. Dans ce document, les différentes méthodes de segmentation existantes sont présentées afin de définir un ensemble d’opération nécessaire à leur implémentation. Une présentation des modèles existants est faite pour en déterminer avantages et inconvénients, puis le nouveau modèle est ensuite défini. Sa mise en oeuvre complète est détaillée ainsi qu’une analyse de sa complexité en temps et en mémoire pour l’ensemble des opérations précédemment définies. Des exemples d’utilisation du modèle sur des cas concrets sont ensuite décrits, ainsi que les possibilités d’extension du modèle et d’implémentation sur architecture parallèle
In this work we focus on 3D image segmentation. The aim consists in defining a framework which, given a segmentation problem, allows to design efficiently an algorithm solving this problem. Since this framework has to be unspecific according to the kind of segmentation problem, it has to allow an efficient implementation of most segmentation techniques and criteria, in order to combine them to define new algorithms. This framework has to rely on a structuring model both representing the topology and the geometry of the partition of an image, in order to efficiently extract required information. In this document, different segmentation techniques are presented in order to define a set of primitives required for their implementation. Existing models are presented with their advantages and drawbacks, then the new structuring model is defined. Its whole implementation including details of its memory consumption and time complexity for each primitives of the previously defined set of requirements is given. Some examples of use with real image analysis problems are described, with also possible extensions of the model and its implementation on parallel architecture

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Lemonsu, Aude. « Modélisation des processus de surface et de la couche limite en milieu urbain ». Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30140.

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Nicolas, Matthieu. « Etude expérimentale et numérique du ruissellement de surface : effets des variations d'intensité de la pluie : application à une parcelle de vigne en Cévennes-Vivarais ». Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENU009.

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Résumé :

A travers une approche transversale, une étude de l'effet de la dynamique des pluies et de l'effet de la longueur de versant sur le ruissellement est réalisée à l'échelle de la parcelle. Dans cet objectif, une parcelle de vigne en Ardèche est instrumentée afin de mener à bien des expériences de ruissellement sous pluies simulées et sous pluies naturelles. Des simulations de pluie en laboratoire complètent ces expériences à l'aide d'un milieu poreux artificiel reproductible constitué de briques de céramique. Une modélisation du ruissellement est ensuite effectuée par l'utilisation d'un modèle distribué à base physique (PSEM_2D) et par la création d'un modèle conceptuel constitué d'un assemblage de cuvettes de profil triangulaire. En régime permanent, les résultats des simulations de pluie sur le terrain montrent que l'intensité de ruissellement est identique pour toutes les longueurs collectées. La responsabilité du régime transitoire dans la non-proportionnalité du volume ruisselé avec la longueur de versant est mise en évidence. Une augmentation de l'infiltration en régime permanent avec l'intensité de pluie est observée sur le terrain et en laboratoire. En présence de microtopographie, les résultats de la modélisation montrent qu'une augmentation de la conductivité hydraulique avec l'altitude du point considéré peut expliquer la gamme de variation de l'infiltration observée sur le terrain. Une pluie intermittente génère plus de ruissellement qu'une pluie continue de même intensité moyenne selon les expériences sous pluies simulées. Cet effet est cependant fortement atténué aux fortes intensités de par l'augmentation de l'infiltration avec l'intensité de pluie et de par l'infiltration de la détention superficielle entre deux averses (estimée par le déficit de ruissellement par intermittence entre deux pluies intermittente et continue de même cumul). Cette observation valide l'utilisation d'un coefficient de ruissellement indépendamment du hyétogramme dans les modèles
Through a cross-disciplinary approach, a study of the rain-dynamics and hillslope-length effects on runoff was carried out at plot scale. To achieve this, a vineyard plot in Ardèche was instrumented in order to implement runoff experiments under simulated and natural rainfall. Laboratory rainfall simulations completed this experimental ensemble via a reproducible artificial porous medium made of ceramic bricks. A distributed physically based model (PSEM_2D) was utilized and a conceptual model constituted of triangular section basins was created to reproduce the observed runoff. In steady regime, field rainfall simulations showed that runoff intensity do not depend on collected slope length. The responsibility of transitional regime on the non proportionality of runoff volume with slope length is put forward. Steady regime infiltration increase with rainfall intensity was observed in the field and in the laboratory. With microtopography, modeling results showed that a punctual hydraulic conductivity increase with elevation could explain the observed infiltration variation range in the field. An intermittent rainfall creates more runoff than a continuous rainfall of the same mean intensity as the simulated rainfall experiences showed. However, this effect was softened for heavy intensities due to the infiltration increase with rainfall intensity and to the superficial detention infiltrated between two flushes (estimated by the intermittent runoff deficit between intermittent and continuous rainfalls of same amount). This observation reinforces the use of hyetogram-independent runoff coefficients in hydrological models

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Uribe, Lobello Ricardo. « Génération de maillages adaptatifs à partir de données volumiques de grande taille ». Thesis, Lyon 2, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO22024.

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Résumé :

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème de l'extraction d'une surface à partir de la représentation volumique d'un objet. Dans ce but, nous nous sommes concentrés sur les méthodes de division spatiale. Ces approches divisent le volume afin de construire une approximation par morceaux de la surface de l'objet. L'idée générale consiste à faire des approximations surfaciques locales qui seront ensuite combinées pour extraire une surface unique représentant l'objet. Les approches basées sur l'algorithme " Marching Cubes " (MC) présentent des défaut par rapport à la qualité et l'adaptativité de la surface produite. Même si une considérable quantité d'améliorations ont été apportées à la méthode originale, la plus grande partie des algorithmes fournissent la solution à un ou deux défauts mais n'arrivent pas à surmonter toutes ses limitations.Les méthodes duales sont plus adaptées pour utiliser un échantillonnage adaptatif sur le volume d'intérêt. Ces méthodes reposent sur la génération de surfaces duales à celles construites par MC ou se basent sur des grilles duales. Elles construisent des maillages moins denses et en même temps capables de mieux approcher les détails de l'objet. De plus, des améliorations récentes garantissent que les maillages extraits ont de bonnes propriétés topologiques et géométriques.Nous avons étudié les caractéristiques spécifiques des objets volumiques par rapport à leur géométrie et à leur topologie. Nous avons exploré l'état de l'art sur les approches de division spatiale afin d'identifier leurs avantages et leurs inconvénients ainsi que les implications de leur utilisation sur des objets volumiques. Nous avons conclu qu'une approche duale était la mieux adaptée pour obtenir un bon compromis entre qualité du maillage et qualité de l'approximation. Dans un second temps, nous avons proposé et développé un pipeline de génération de surfaces basé sur une combinaison d'une approche duale et de la recherche de composantes connexes n-dimensionnels pour mieux reproduire la topologie et la géométrie des objets originels. Dans un troisième temps, nous avons présenté une extension "out-of-core" de notre chaîne de traitements pour l'extraction des surfaces à partir de grands volumes. Le volume est divisé pour générer des morceaux de surface de manière indépendante et garde l'information nécessaire pour les connecter afin de produire une surface unique topologiquement correcte.L'approche utilisée permet de paralléliser le traitement pour accélérer l'obtention de la surface. Les tests réalisés ont permis de valider la méthode sur des données volumiques massives
In this document, we have been interested in the surface extraction from the volumetric representation of an object. With this objective in mind, we have studied the spatial subdivision surface extraction algorithms. This approaches divide the volume in order to build a piecewise approximation of the surface. The general idea is to combine local and simple approximations to extract a complete representation of the object's surface.The methods based on the Marching Cubes (MC) algorithm have problems to produce good quality and to handle adaptive surfaces. Even if a lot of improvements to MC have been proposed, these approaches solved one or two problems but they don't offer a complete solution to all the MC drawbacks. Dual methods are more adapted to use adaptive sampling over volumes. These methods generate surfaces that are dual to those generated by the Marching Cubes algorithm or dual grids in order to use MC methods. These solutions build adaptive meshes that represent well the features of the object. In addition, recent improvements guarantee that the produced meshes have good geometrical and topological properties.In this dissertation, we have studied the main topological and geometrical properties of volumetric objects. In a first stage, we have explored the state of the art on spatial subdivision surface extraction methods in order to identify theirs advantages, theirs drawbacks and the implications of theirs application on volumetric objects. We have concluded that a dual approach is the best option to obtain a good compromise between mesh quality and geometrical approximation. In a second stage, we have developed a general pipeline for surface extraction based on a combination of dual methods and connected components extraction to better capture the topology and geometry of the original object. In a third stage, we have presented an out-of-core extension of our surface extraction pipeline in order to extract adaptive meshes from huge volumes. Volumes are divided in smaller sub-volumes that are processed independently to produce surface patches that are later combined in an unique and topologically correct surface. This approach can be implemented in parallel to speed up its performance. Test realized in a vast set of volumes have confirmed our results and the features of our solution

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Ennafii, Oussama. « Qualification géométrique de modèles 3D de bâtiments ». Thesis, Paris Est, 2020. http://www.theses.fr/2020PESC2001.

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Résumé :

La génération automatique de modèles de construction 3D à partir de données géospatiales est maintenant une procédure standard. Une littérature abondante couvre les deux dernières décennies et plusieurs solutions logicielles sont maintenant disponibles. Cependant, les zones urbaines sont des environnements très complexes. Inévitablement, les producteurs de données doivent encore évaluer visuellement, à l'échelle de villes, l'exactitude de ces modèles et détecter les erreurs fréquentes de reconstruction. Un tel processus fait appel à des experts et prend beaucoup de temps, soit environ deux heures/km² par expert. Cette thèse propose une approche d'évaluation automatique de la qualité des modèles de bâtiments 3D. Les erreurs potentielles sont compilées dans une nouvelle taxonomie hiérarchique et modulaire. Cela permet, pour la première fois, de séparer erreurs de fidélité et de modélisation, quelque soit le niveau de détail des bâtiments modélisés. La qualité des modèles est estimée à l'aide des propriétés géométriques des bâtiments et, lorsqu'elles sont disponibles, d'images géospatiales à très haute résolution et des modèles numériques de surface. Une base de référence de caractéristiques ad hoc génériques est utilisée en entrée d'un classificateur par Random Forest ou par Séparateurs à Vaste Marge. Des attributs plus riches, s'appuyant sur des noyaux de graphes ainsi que sur des réseaux de type Scattering ont été proposées pour mieux prendre en compte la structure dans la donnée 3D. Les cas multi-classes et multi-étiquettes sont étudiés séparément: de par l'interdépendance entre les classes d'erreurs, il est possible de détecter toutes les erreurs en même temps tout en prédisant au niveau sémantique le plus simple des bâtiments corrects et erronés. Le cadre proposé dans cette thèse a été testé sur trois zones urbaines distinctes en France avec plus de 3 000 bâtiments étiquetés manuellement. Des valeurs de F-score élevées sont atteintes pour les erreurs les plus fréquentes (80%-99%). Pour une problématique de passage à l’échelle, l'impact de la composition de la zone urbaine sur la prédiction des erreurs a également été étudié, en termes de (i) transférabilité, de (ii) généralisation et de (iii) représentativité des classificateurs. Cette étude montre la nécessité de disposer de données de télédétection multimodale et de mélanger des échantillons d'entraînement provenant de différentes villes pour assurer une stabilité des taux de détection, même avec des tailles d'ensembles d'entraînement très limitées
The automatic generation of 3D building models from geospatial data is now a standard procedure. An abundant literature covers the last two decades and several softwares are now available. However, urban areas are very complex environments. Inevitably, practitioners still have to visually assess, at city-scale, the correctness of these models and detect frequent reconstruction errors. Such a process relies on experts, and is highly time-consuming with approximately two hours/km² per expert. This work proposes an approach for automatically evaluating the quality of 3D building models. Potential errors are compiled in a novel hierarchical and modular taxonomy. This allows, for the first time, to disentangle fidelity and modeling errors, whatever the level of details of the modeled buildings. The quality of models is predicted using the geometric properties of buildings and, when available, Very High Resolution images and Digital Surface Models. A baseline of handcrafted, yet generic, features is fed into a Random Forest or Support Vector Machine classifiers. Richer features, relying on graph kernels as well as Scattering Networks, were proposed to better take into consideration structure. Both multi-class and multi-label cases are studied: due to the interdependence between classes of errors, it is possible to retrieve all errors at the same time while simply predicting correct and erroneous buildings. The proposed framework was tested on three distinct urban areas in France with more than 3,000 buildings. 80%-99% F-score values are attained for the most frequent errors. For scalability purposes, the impact of the urban area composition on the error prediction was also studied, in terms of transferability, generalization, and representativeness of the classifiers. It shows the necessity of multi-modal remote sensing data and mixing training samples from various cities to ensure a stability of the detection ratios, even with very limited training set sizes

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Hussien, Elkhorbatly Bashar. « Modélisation, justification et analyse mathématique de modèles en océanographie ». Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4009.

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Résumé :

Cette thèse est consacrée à l’étude mathématique de la propagation d’ondes bi-dimensionnelles à la surface d’un fluide non visqueux irrotationnel et incompressible dont la surface libre n’agit que par la gravité et la tension superficielle dans un régime fortement non linéaire. La thèse est séparée en deux parties d’égale importance. Dans la première partie, nous justifions des modèles d’approximation plus précis du point de vue mathématique pour le problème des vagues, couramment utilisés en océanographie côtière pour décrire la propagation des ondes de surface de grande amplitude. On obtient un nouveau modèle asymptotique en eaux peu profondes du type Green-Naghdil incorporant les termes dispersifs d’ordre supérieur arbitraire tout en préservant la non-linéarité totale. Un résultat sur le caractère bien posé et une propriété de stabilité sont alors établis pour le cas unidimensionnel lorsque le fond est plat et non plat en tenant compte d’une faible tension de surface. Dans la deuxième partie, un résultat de stabilité orbitale est montré pour le peakon de Degasperis-Procesi dans le cas de perturbations ayant une densité de quantité de mouvement d’abord négative, puis positive. Ceci conduit à la stabilité orbitale du profil antipeakon- peakon vis-à-vis de telles perturbations et plus généralement d’un train de antipeakon-peakon bien ordonnés
This thesis is devoted to the mathematical study of the water-waves problem concerning two- dimensional motion of an irrotational and incompressible inviscid liquid with a free surface acted only by gravity and surface tension in a highly nonlinear regime. The thesis is separated into two parts of equal importance. In the first part, we justify mathematically more accurate approximation models for the water wave problem that are commonly used in coastal oceanography to describe the propagation of large amplitude surface waves. A new two-dimensional asymptotic shallow-water extended Green-Naghdi system is derived which incorporates the arbitrary higher-order dispersive terms while preserving the full nonlinearity. A well-posedness result and a stability property is then ensured for the one-dimensional case when the bottom is flat and not flat taking into consid- eration a small e

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Yeo, Zié. « Modèle numérique de conduction surfacique dans les dispositifs bidimensionnels - Prise en compte de non-linéarités ». Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140119.

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Résumé :

Certains dispositifs électrotechniques présentent une couche de faible conductivité et de faible épaisseur qui modifie considérablement les répartitions des potentiels et des champs électriques. Cette situation se rencontre, par exemple, dans l'étude des isolateurs pollués ou des traversées comportant un revêtement semi-conducteur. La zone conductrice a une épaisseur très faible devant les autres dimensions du système et il est difficile d'en tenir compte, telle quelle, dans une méthode numérique. Ce travail est consacré à la modélisation (2D et 3D axisymétrique) d'une couche conductrice présente à l'interface de deux diélectriques. Celle-ci est simulée par une surface munie d'une conductivité surfacique qui peut dépendre ou non du champ électrique. Les équations qui caractérisent le modèle ont été implantées dans un logiciel de calcul de champ basé sur la méthode des équations intégrales de frontière. Le premier chapitre décrit les divers phénomènes physiques liés à la présence d'une couche conductrice entre deux isolants. Le second chapitre rappelle d'abord les résultats très classiques sur les équations de Maxwell. Ensuite, il établit une équation de conservation de l'électricité au niveau de la zone conductrice. Le troisième chapitre passe en revue les différentes méthodes numériques généralement utilisées en électrotechnique. Le quatrième chapitre est consacré à la résolution numérique. Le cinquième chapitre présente les résultats et la validation du nouveau module logiciel. Les résultats obtenus, dans le cas d'une configuration simplifiée, sont en accord avec la solution analytique (problème linéaire) et la solution numérique (problème non linéaire).

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Marty, Audrey. « Simulation numérique de l'usinage par outil coupant à l'échelle macroscopique : contribution à la définition géométrique de la surface usinée ». Phd thesis, Paris, ENSAM, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005762.

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Résumé :

L'idée de mettre en place un simulateur relativement général de la partie mécanique de l'usinage à l'échelle macroscopique est à l'origine de ce travail. Deux thèses déjà soutenues au LMSP se sont principalement heurtées à la robustesse de l'algorithme d'intersection nécessaire pour obtenir la surface usinée. Ce travail a eu pour principal objectif de repenser la méthode de calcul de l'intersection des modèles B-Rep de l'outil et de la pièce.
Le premier objectif a alors été de revenir à un cas simple : le tournage en coupe orthogonale. Ceci a permis de vérifier à nouveau la pertinence de notre démarche et de commencer l'analyse des algorithmes d'intersection par celle d'un cas simplifié. Un simulateur spécifique a été mis en place et des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont montrées.
Le second objectif a été d'améliorer l'algorithme d'intersection dans le cas tridimensionnel en reprenant complètement les points de vue adoptés dans les travaux précédents du LMSP. Le travail d'intersection est maintenant effectué dans une configuration de référence matérielle de la pièce. Ceci, combiné à une analyse autorisant l'auto-intersection d'un modèle B-Rep, améliore la robustesse générale de l'algorithme. Les développements correspondants à ce travail ont été intégrés dans le logiciel Nessy du LMSP.

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Schaer, Nicolas. « Modélisation des écoulements à surface libre de fluides non-newtoniens ». Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAD033/document.

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Résumé :

L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique 3D afin d’étudier le phénomène de laves torrentielles ; écoulements visqueux fortement chargés en matière solide, surgissant en montagne lors d’orages violents. Aujourd’hui, la prévision des zones de vulnérabilité s’appuie sur des outils de calcul 0D, 1D ou 2D. Or ces outils ne peuvent représenter pleinement le comportement à surface libre des écoulements du fait de nombreuses approximations et hypothèses. Ainsi cette thèse met en œuvre un code numérique 3D pour étudier ces écoulements. Ce travail aboutit à la construction d’un modèle 3D à partir de données réelles de terrain. Plusieurs scénarios ont été étudiés et comparés à des résultats issus d’un modèle 2D. Les résultats mettent en évidence les apports non négligeables de la modélisation 3D : zones d’étalement et de dépôt, phénomènes d’encombrement, modélisation fine des écoulements dans les zones chenalisées. Préalablement, le modèle 3D a été validé en comparant les résultats numériques à des données expérimentales issues de la littérature, pour des typologies d’écoulement représentatives de celles observées sur des sites grandeur nature
The objective of this thesis is to develop a 3D numerical model to assess debris flow. These viscous flows, heavily loaded with solid matter, form when heavy rain occurs in mountains. Today, forecasts of potentially impacted areas are based on 0D, 1D and 2D numerical tools. However, these tools cannot fully represent the free surface behaviour of debris flows due to the approximations and assumptions on which they are based. Thus, this work utilises a 3D numerical code to study this phenomenon. A specific model is built with real field data. Several flow scenarios are studied and compared with a 2D numerical model. The results highlight the significant benefits of a 3D approach by providing information on the fine representation of flow dynamics over the catchment area. The model also predicts the impact of debris flow (overflowing on a road bridge) and the zones of deposition and spreading. It highlights possible congestion phenomena and reproduces flows in the channels by fully accounting for parietal friction, capabilities not provided by 2D models. Prior to this application, the 3D model was evaluated with five sets of experimental data to validate its ability to represent viscoplastic flows. Different types of flows are studied and are representative of those observed on real sites when debris flow occur

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Darbani, Mohsen. « Approche sans maillage basée sur la Méthode des Eléments Naturels (NEM), pour les écoulements bidimensionnels à surface libre ». Compiègne, 2009. http://www.theses.fr/2009COMP1851.

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Résumé :

La résolution des équations à surface libre est souvent confrontée à des difficultés numériques liées à une trop forte distorsion du maillage, comme c’est le cas lors de rupture de barrage ou de déferlement de vagues. Dans ce travail on se propose d’appliquer une technique sans maillage basée sur la Méthode des Eléments Naturels pour simuler l’écoulement en 2D d’un fluide en présence de forts gradients. Les équations considérées sont celles de Saint-Venant transitoires où l’on tient compte des termes non-linéaires et de la force de Coriolis. Afin d’optimiser les temps de calcul et d’éviter des appels à des algorithmes de type Newton-Raphson, une technique purement Lagrangienne a été utilisée pour traiter les termes non-linéaires. Cependant la gestion des conditions aux limites demeure une difficulté majeure. Nous avons donc défini un domaine géométrique assez mince aux voisinages immédiats des frontières, et un domaine de calcul qui sera enrichi au fur et à mesure que des particules quittent le domaine de calcul
Solving equation with free surface often encounters numerical difficulties related to excessive mesh distortion as is the case of dambreak or breaking waves. In this work we explore the meshfree technique based on the Natural Element Method(NEM) to simulate the 2D fluid flow in presence of strong gradients. The equations considered here are those of Saint-Venant shallow water where we consider the full non-linear equations, with a transient flow under the Coriolis effect. The nonlinear terms are computed by using a Lagrangian technique based on the method of the characteristics. This will allow us to avoid setting up a numerical algorithm, like Newton-Raphson’s, which tend to extend the computing time. However, the management of boundary conditions remains a major difficulty in meshless methods. We have therefore defined a thin geometrical domain close to the boundaries and a domain for computing that will be submitted to nodal enrichment, when the particles leave the computational domain

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El, Habachi Aimad Abdeslam. « Propagation de la variabilité de la morphologie humaine sur le débit d'absorption spécifique en dosimétrie numérique ». Phd thesis, Supélec, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00583723.

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Résumé :

Dans ce mémoire, nous étudions l'exposition aux ondes électromagnétiques l'échelle d'une population. Cette étude est réalisée pour une exposition à une onde plane orientée frontalement sur des modèles anatomiques du corps humains (fantômes) avec une puissance incidente de 1W/m2 et une fréquence de 2.1 GHz. Pour ce faire, l'idée est de construire un modèle du WBSAR (Whole Body averaged Speciﬁc Absorption Rate) en fonction de lamorphologie. Les facteurs morphologiques inﬂuençant le WBSAR ont été identiﬁés à l'aide des fantômes existant dont le nombre se limite à 18 et des modèles de régressions. Cette analyse préliminaire montre que les facteurs morphologiques externes (taille, poids ...) seuls ne suﬃsent pas pour construire un tel modèle, mais l'introduction des facteurs morphologiques internes (muscles, graisse ...) est nécessaire. L'absence de données statistiques sur les facteurs morphologiques internes de populations nous a conduits à intégrer des connaissances apriori sur ces facteursaﬁn d'étudier l'exposition d'une population donnée. Des lois paramétriques usuelles et des mélanges de gaussiennes sont utilisés pour modéliser ces facteurs internes aﬁn d'étudier leur inﬂuence sur le quantile du WBSAR à 95 %.L'utilisation des fantômes homogènes où le fantôme homogène est obtenu en remplaçant tous les tissus internes par un unique tissu équivalent. Ces fantômes homogènes permettent de s'aﬀranchir de l'inﬂuence de la morphologie interne dans un modèle du WBSAR et facilitent également leur déformation par une technique de morphing. Ainsi nous avons pu enrichir la base de fantômes existant. Pour donner une estimation du quantile du WBSAR à 95 %, nous avons mis en place un plan d'expériences séquentiel qui repose sur un modèle paramétrique du WBSAR et l'inférence bayésienne et qui permet de raﬃner la région à 95 %. Cette approche nous a permis de trouver le quantile à 95 % pour une population et un exemple de fantôme correspondant. Cependant, cette approche ne permet pas d'obtenir une estimation de toute la distribution du WBSAR. Aﬁn d'obtenir une estimation de toute cette distribution, nous avons construit une surface de réponse en utilisant les polynômes de chaos. Dans l'objectif d'obtenirdes résultats cohérents nous avons eﬀectué un changement de variables permettant de traduire les connaissances physiques dans cette surface de réponse.

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Boughanem, Hicham. « Evaluation des termes de transport et de dissipation de surface de flamme par simulation numérique directe de la combustion turbulente ». Rouen, 1998. http://www.theses.fr/1998ROUES040.

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Résumé :

L'hypothèse transport par gradient de la variable de progrès a un domaine de validité limité dans le cas des flammes turbulentes prémélangées et l'existence de deux régimes de transport, gradient et contre-gradient, a été démontrée à l'aide de simulations numériques directes, réalisées dans des configurations de flammes planes. Une base de données a permis de caractériser l'influence du dégagement de chaleur, du rapport de vitesse (u p/s l), et l'amplitude d'un champ d'accélération externe. L'influence du rapport de longueur (l t/ l) n'est pas étudiée. Les simulations révèlent une forte corrélation entre la nature du transport turbulent et la vitesse et l'épaisseur de flamme turbulente. Ces effets ne sont pas correctement décrits dans les modèles de combustion. Une approche conditionnelle gaz frais / gaz brûlés est proposée pour résoudre les difficultés rencontrées. Ce travail a permis d'observer le développement d'instabilités de flammes dans des configurations turbulentes. Un critère est proposé pour déterminer le domaine d'influence de ces instabilités (instabilités de Darrieus-Landau, instabilités de Rayleigh-Taylor, instabilités thermo-diffusives). Ce critère suggère que le rôle des instabilités de flamme n'est pas limité à des écoulements à faible nombre de Reynolds.

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Ahmad, Alexandre. « Animation de structures déformables et modélisation des interactions avec un fluide basées sur des modèles physiques ». Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/4f73d6f8-b8f0-4794-924b-8f827db44689/blobholder:0/2007LIMO4046.pdf.

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Résumé :

Je présente dans cette thèse des travaux concernant la simulation d'interactions entre un fluide et des membranes déformables. Ce sujet ne manque pas d'applications puisque l'interaction d'un fluide avec des feuilles, des tissus ou même des nageoires de poisson est un scénario courant. Pourtant, peu de travaux en synthèse d'images se sont intéressés à reproduire ce phénomène. Pour ce faire, je propose un algorithme de réaction de contacts entre un fluide Lagrangien et une membrane déformable qui est indépendant du pas d'intégration temporelle. Afin de pallier les artefacts visuels dus à des triangles, issus du processus d'extraction de surface du fluide, qui passent au travers de la membrane lors d'interactions, je présente une technique qui projette la portion de volume erronée le long de la membrane. De plus, une paramétrisation intuitive de coefficients hétérogènes de friction sur une surface est exposée. Je présente également deux modèles d'optimisation. Le premier modèle propose de filtrer les vitesses de particules calculées par une méthode explicite afin de réduire la forte contrainte sur le pas d'intégration temporelle. Des analyses fréquentielles permettent de quantifier cette réduction. Le deuxième modèle est une structure de subdivision spatiale dynamique qui détermine efficacement le voisinage d'un point et d'un triangle. Cette structure a pour but de réduire les temps de calculs des processus de détermination du voisinage pour les fluides Lagrangiens, mais aussi ceux de la détection de collisions et enfin ceux de l'extraction de surface
The presented works' main focus is the interaction of liquids and thin shells, such as sheets of paper, fish fins and even clothes. Even though such interactions is an every day scenario, few research work in the computer graphics community have investigated this phenomenon. Thereby, I propose an algorithm which resolves contacts between Lagrangian fluids and deformable thin shells. Visual artefacts may appear during the surface extraction procedure due to the proximity of the fluids and the shells. Thus, to avoid such artefacts, I propose a visibility algorithm which projects the undesired overlapping volume of liquid onto the thin shells' surface. In addition, an intuitive parametrisation model for the definition of heterogeneous friction coefficients on a surface is presented. I also propose two optimisation methods. The first one reduces the well-known dependency of numerical stability and the timestep when using explicit schemes by filtering particles' velocities. This reduction is quantified with the use of frequency analysis. The second optimisation method is a unified dynamic spatial acceleration model, composed of a hierarchical hash table data structure, that speeds up the particle neighbourhood query and the collision broad phase. The proposed unified model is besides used to efficiently prune unnecessary computations during the surface extraction procedure

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Mohamed, Ali Debyaoui. « Contribution à la modélisation mathématique et numérique pour des modèles d'écoulement non-linéaires dispersifs en eaux peu profondes ». Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2020. http://www.theses.fr/2020TOUL0002.

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Résumé :

Cette thèse porte sur la modélisation et l'analyse mathématique de modèles asymptotiques utilisés en océanographie et décrivant la propagation des ondes longues.L'objectif de cette thèse est de construire et de justifier de nouveaux modèles asymptotiques en tenant compte de la variation de la topographie et de la section transversale.Pour ce faire, plusieurs hypothèses sont formulées sur la profondeur de l'eau et les déformations de la section transversale. La première partie de cette thèse consiste à mettre le problème en équations et à trouver des modèles asymptotiques et à les étudier mathématiquement, voir l'analyse linéaire de la dispersion et de shoaling.Dans la deuxième partie, un modèle unidimensionnel des ondes longues, moyennées par section, est développé. Des équations tridimensionnelles du mouvement des fluides non visqueux et incompressibles sont d'abord intégrées sur une section transversale du canal, ce qui donne les équations de type SGN. Le nouveau modèle est donc adéquat pour décrire des ondes fortement non linéaires et faiblement dispersives le long d'un canal de section transversale arbitraire et non uniforme. Plus précisément, le nouveau modèle étend le modèle de Saint-Venant à moyenne de section et généralise les équations de Serre-Green-Naghdi à toute section.Ce nouveau modèle a été reformulé d'une manière plus appropriée pour la résolution numérique en conservant le même ordre de précision que l'original et en améliorant ses propriétés de dispersion. Enfin, nous présentons quelques simulations numériques pour étudier l'influence du changement de section sur la propagation d'une onde solitaire.La dernière partie de cette thèse est consacrée à la simulation numérique du modèle SGN avec une nouvelle reformulation
This work focuses on the modeling and mathematical analysis of asymptotic models used in oceanography describing long wave propagation.This thesis aims to derive and justify new asymptotic models taking into account the variation in topography and cross-section.To do so, several hypotheses are formulated on water depth and cross-sectional deformations. The first part of this thesis is to put the problem into equations, and to find asymptotic models and study them mathematically, see the linear analysis of dispersion and shoaling.In the second part, a one-dimensional model of section-averaged long waves is developed. Three-dimensional equations of motion of non-viscous and incompressible fluids are first integrated over a cross-section of the channel, resulting in the SGN-type equations. Therefore, the new model is adequate to describe fully non-linear and weakly dispersive waves along a channel of an arbitrary and non-uniform cross-section. Specifically, the new model extends the Saint-Venant model to cross-section mean and generalizes the Serre-Green-Naghdi equations to any cross-section.This new model has been reformulated in a way more appropriate for numerical resolution by maintaining the same order of accuracy as the original and improving its propertiesof dispersion. Finally, we present some numerical simulations to study the influence of the change of section on the propagation of a solitary wave.The last part of this thesis is devoted to the numerical simulation of the SGN model with a new reformulation

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Thèses sur le sujet « Modèles numériques de surface »

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