Tesi sul tema "Dynamique des foules"

Par l'analyse des pratiques de l'image, artistiques et médiatiques, le texte entend mettre au jour les mécaniques de la société du spectacle, altérées par les révolutions de la technologie de l'information et de la communication. Dans les espaces virtuels, la médiatisation émerge comme la modalité principale de toute forme d'interaction dématérialisée. L'image exerce sa puissance et conditionne les comportements. Pourtant, l'image peut s'opposer au flux dominant du spectacle et offrir un espace d'expression à contre-flux, contestataire et radical. Ce texte examine la consommation des représentations dans cette société du spectacle où la coercition anime la psychologie des foules - nuages fluides de particules individuelles séparées dont les mouvements chaotiques semblent imprévisibles. Cette recherche élabore une typologie des foules repensée au travers de la coercition des images, des médias et du pouvoir de la technologie sur le libre arbitre individuel. En s'appuyant sur des représentations iconiques de la violence et de la mort dans les événements visuels globaux - à l'instar de la photographie sidérante « The Falling Man » - ce texte aborde les tensions entre dispositifs, information et foules en dressant le portrait de l'Homme hypermoderne face aux foules virtuelles. Soumis au flux d'images constant, il semble en quête permanente d'une liberté insaisissable, fruit d'une identité qui peu à peu se dissipe au sein d'une société à la dérive incitant à ne vivre que par l'externalisation dans les technologies : utopie d'un Homme transparent, dépourvu d'intériorité, vivant dans l'espoir d'outrepasser la mort par la projection de soi dans le flux d'information
Through the analysis of artistic and media-generated imagery, this text seeks to shed light on the mechanisms of the society of the spectacle, altered by the revolutions of information and communication technology. In virtual spaces, mediatization has emerged as the main modality of every dematerialized interaction. Image exercises power and conditions behaviors, but may also act counter to the dominant stream of spectacle thus opening a space for a counter-current both controversial and radical. This text examines how image is consumed in this society of the spectacle, in which coercion drives crowd psychology - fluid clouds of unique separated particles whose chaotic movements appear unpredictable. This research establishes a typology of crowds revised through the coercion of images, media, and the power of technology over individual freewill. By studying iconic images of violence and death in global visual events - as exemplified in The Falling Man, a photograph that stuns the viewer - the text raises issues concerning the seeming tensions between devices, information and crowds, while displaying the portrait of hypermodern Man in his relationship toward virtual crowds. Man, subjected to incessant streams of images, seems to be on a permanent quest for a freedom which eludes him, a consequence of an identity slowly dissipating into the mainstream. This text proposes an analysis of a society running adrift, a society offering nothing but a life of self­disembodiment into technological devices : utopia of a new transparent Man, deprived of self, living only in the hope of achieving immortality by projecting the self into the information stream

Que ce soit dans une rue commerçante, un supermarché ou un aéroport, les phénomènes de foule sont incontournables et nous affecte au quotidien. Elle constitue un système complexe dont la dynamique collective, résultant des interactions individuelles, est difficile à appréhender et a toujours intrigué les scientifiques de différents domaines. Grâce au progrès technologique, il est aujourd'hui possible de modéliser les mouvements de foule et de les reproduire en simulation. Les simulations de mouvement de foule permettent aux chercheurs de plusieurs disciplines, comme les sciences sociales ou la biomécanique, de mieux étudier et comprendre les mouvements des piétons et leurs interactions. Quant aux sciences de la sécurité et du transport, ils y voient des applications concrètes comme le développement de modèles de foule capables de simuler l'évacuation d'un lieu public de moyenne ou de forte affluence, afin que les futures constructions ou aménagements publics puissent offrir une qualité de sécurité et de service optimale pour les usagers. Dans le cadre de cette thèse, nous avons travaillé sur le perfectionnement du modèle discret proposé et développé par l'équipe dynamique du laboratoire Navier. Dans ce modèle, les actions et les décisions de chaque piéton sont traitées individuellement. Trois aspects du modèle ont été traités dans cette thèse. Le premier concerne la navigation des piétons vers leurs destinations. Dans notre modèle, un piéton est représenté par une particule ayant une direction et une allure souhaitées. Cette direction est obtenue par la résolution d'une équation eikonale. La solution de cette équation permet d'obtenir un champ de vitesses qui attribue à chaque piéton, en fonction de sa position, une direction vers sa destination. La résolution de l'équation une fois ou à une période quelconque donne la stratégie du chemin le plus court ou le plus rapide respectivement. Les effets des deux stratégies sur la dynamique collective de la foule sont comparés. Le deuxième consiste à gérer le comportement des piétons. Après avoir choisi son chemin, un piéton doit interagir avec l'environnement (obstacles, topologie, ...) et les autres piétons. Nous avons réussi à intégrer trois types de comportement dans notre modèle: (i) la poussée en utilisant une approche originale, basée sur la théorie des collisions des corps rigides dans un cadre thermodynamique rigoureux, (ii) le passage agressif (forcer son chemin) modélisé par une force sociale répulsive et (iii) l'évitement ``normal'' en adoptant une approche cognitive basée sur deux heuristiques. Les performances des trois méthodes ont été comparées pour plusieurs critères. Le dernier aspect concerne la validation et la vérification du modèle. Nous avons réalisé une étude de sensibilité et validé le modèle qualitativement et quantitativement. À l'aide d'un plan d'expérience numérique nous avons réussi à identifier les paramètres d'entrée ayant les effets principaux sur les résultats du modèle. De plus, nous avons trouvé les différentes interactions entre ces paramètres. En ce qui concerne la validation qualitative, nous avons réussi à reproduire plusieurs phénomènes d'auto-organisation. Enfin, nous avons testé la capacité de notre modèle à reproduire des résultats expérimentaux issus de la littérature. Nous avons choisi le cas du goulot d'étranglement. Les résultats du modèle et ceux de l'expérience ont été comparés. Ce modèle de foule a également été appliqué à l'acheminement des piétons dans la gare de Noisy-Champs. L'objectif de cette application est d'estimer le temps de stationnement des trains dans la gare
Crowds are present almost everywhere and affect several aspects of our lives. They are considered to be on of the most complex systems whose dynamics, resulting from individual interactions and giving rise to fascinating phenomena, is very difficult to understand and have always intrigued experts from various domains. The technological advancement, especially in computer performance, has allowed to model and simulate pedestrian movement. Research from different disciplines, such as social sciences and bio-mechanics, who are interested in studying crowd movement and pedestrian interactions were able to better examine and understand the dynamics of the crowd. Professionals from architects and transport planners to fire engineers and security advisors are also interested in crowd models that would help them to optimize the design and operation of a facility. In this thesis, we have worked on the imporvement of a discrete crowd model developed by the researchers from the dynamics group in Navier laboratory. In this model, the actions and decisions taken by each individual are treated. In its previous version, the model was used to simulate urgent evacuations. Three main aspects of the model were addressed in this thesis. The first one concerns pedestrian navigation towards a final destination. In our model, a pedestrian is represented by a disk having a willingness to head to a certain destination with a desired direction and a desired speed. A desired direction is attributed to each pedestrian, depending on his position from the exit, from a floor field that is obtained by solving the eikonal equation. Solving this equation a single time at the beginning of the simulation or several times at during the simulation allows us to obtain the shortest path or the fastest path strategy respectively. The influence of the two strategies on the collective dynamics of the crowds is compared. The second one consists of managing pedestrian-pedestrian interactions. After having chosen his/her direction according to one of the available strategies, a pedestrian is bound to interact with other pedestrians present on the chosen path. We have integrated three pedestrian behaviors in our model: (i) pushing by using an original approach based on the theory of rigid body collisions in a rigorous thermodynamics context, (ii) forcing one's way by introducing a social repulsive force and (iii) "normal" avoidance by using a cognitive approach based on two heuristics. The three methods are compared for different criteria. The last aspect is the validation and verification of the model. We have performed a sensibility study and validated the model qualitatively and quantitatively. Using a numerical experimental plan, we identified the input parameters that are the most statistically significant and estimated the effects of their interactions. Concerning qualitative validation, we showed that our model is able to reproduce several self-organization phenomena such as lane formation. Finally, our model was validated quantitatively for the case of a bottleneck. The experimental results are very close to the ones obtained from simulations. The model was also applied to pedestrian movement in the Noisy-Champs train station. The objective of the study was to estimate the train dwell time. The simulation results were similar to the observations

Modéliser le mouvement des foules humaines est essentiel pour des situations aussi diverses que la prévention de risque dans les lieux publics, la planification d’évènements ou la création d’animations visuelles réalistes. Cependant, la difficulté de mener des expériences quantitatives limite notre compréhension de la dynamique des piétons, et le manque de mesures de référence rend impossible une comparaison poussée des modèles existants. Cette thèse tente d’augmenter notre compréhension des foules humaines par deux approches distinctes. Dans un premier temps, nous avons conduit une étude numérique et théorique pour étudier formation de lignes au sein de flux bidirectionnels d'agents motiles. Nous avons montré qu’une transition de phase critique du second ordre séparait un état mélangé d’un état constitué de lignes géantes le long desquelles se déplacent les agents visants une même direction. Cette séparation est caractéristique des systèmes actifs. Une approche hydrodynamique nous a ensuite permis de prouver que les phases mélangées sont aussi algébriquement corrélées dans la direction longitudinale. Nous avons expliqué et montré que ces fortes corrélations sont génériques de tous systèmes de flux bidirectionnels, qu’ils soient constitués de particules forcées ou de particules actives. Dans un second temps, nous avons mené une campagne expérimentale de grande envergure afin d’établir une expérience de référence des foules humaines. Nous avons pour cela choisi un système modèle, la zone d’attente de marathons. Dans ces foules de dizaines de milliers d’individus, nous avons quantitativement établi que les fluctuations de vitesse se propagent sur de grandes échelles, alors que les variations d’orientation s’évanouissent en quelques secondes. Grâce à ces mesures, nous avons construit une théorie prédictive hydrodynamique des foules polarisées
Modelling crowd motion is central to situations as diverse as risk prevention in mass events and visual effects rendering in the motion picture industry. The difficulty to perform quantitative measurements in model experiments, and the lack of reference experimental system, have however strongly limited our ability to model and control pedestrian flows. The aim of this thesis is to strengthen our understanding of human crowds, following two distinct approaches.First, we designed a numerical model to study the lane formation process among bidirectional flows of motile particles. We first evidenced the existence of two distinct phases: one fully laned and one homogeneously mixed, separated by a critical phase transition, unique to active systems. We then showed with a hydrodynamic approach that the mixed phase is algebraically correlated in the direction of the flow. We elucidated the origin of these strong correlations and proved that they were a universal feature of any system of oppositely moving particles, active of passive.Second, we conducted a substantial experimental campaign to establish a model experiment of human crowds. For that purpose we performed systematic measurements on crowds composed of tens of thousands of road-race participants in start corrals, a geometrically simple setup. We established that speed information propagates through polarized crowds over system spanning scales, while orientational information is lost in a few seconds. Building on these observations, we laid out a hydrodynamic theory of polarized crowds and demonstrated its predictive power

Avec la multiplication des événements de masse, la dynamique des foules est devenue un sujet d’étude de plus en plus important. Comprendre comment les groupes se déplacent et évoluent dans l'espace, en particulier à des densités moyennes et élevées, est crucial pour l'organisation de tels événements. La première section de cette thèse de doctorat présente l'un des premiers ensembles de données de terrain sur les foules denses. Cet ensemble comprend aussi bien des trajectoires de piétons que des données GPS et de contact collectées lors de la Fête des Lumières 2022 à Lyon. Je développe ensuite un cadre théorique de modélisation de la dynamique des foules qui intègre une composante décisionnelle, où les piétons ajustent régulièrement leur vitesse désirée, et une couche mécanique qui confronte ces décisions à la réalité physique environnante. La plupart des modèles existants échouent à reproduire fidèlement les interactions mécaniques, car ils reposent souvent sur des forces d'interaction idéalisées et des formes circulaires simplifiées. En m'inspirant de la littérature scientifique sur la dynamique granulaire, j'intègre aux équations newtoniennes, des interactions mécaniques plus réalistes, en utilisant des ressorts amortis à la fois tangentiels et normaux aux surfaces de contact. J'utilise de plus des données anthropométriques pour représenter le plus fidèlement possible le contour humain, en deux dimensions, plutôt que de recourir à de simples disques. Cela me permet de créer une foule synthétique qui intègre les hétérogénéités individuelles. En ce qui concerne la composante décisionnelle, les piétons s'efforcent de sélectionner une vitesse souhaitée tout en tenant compte de diverses contraintes métaboliques, physiques et psychologiques, la plupart étayées par des données empiriques. Ces contraintes incluent : une contrainte de destination qui prend en compte l'objectif d'atteindre un lieu spécifique ; des limites biomécaniques liées aux capacités musculaires et articulaires des piétons ; un coût lié à la différence d’alignement entre le corps et la direction de mouvement souhaité ; une volonté de préserver sa bulle sociale, une zone que les individus souhaitent maintenir libre de toute intrusion, qu'il s'agisse d'obstacles ou de piétons voisins ; une intention d’éviter les collisions lors d'un déplacement, basée sur des estimations de temps avant collision. Cet espace de confort est modélisé par un champ scalaire d'inconfort dont les courbes de niveau ne sont pas circulaires. Après validation dans des situations simples impliquant des paires de piétons ou un piéton près d'un mur, je compare avec succès les prédictions du modèle à des expériences impliquant la propagation d’une poussée à travers une rangée de personnes, des évacuations, et des mouvements de faufilement entre murs et piétons. J'étudie enfin les phénomènes collectifs qui se manifestent non seulement dans les foules, mais aussi dans le trafic véhiculaire, en particulier les ondes stop-and-go résultant de la croissance d'instabilités dynamiques. Pour mieux comprendre ces phénomènes, je simule un modèle de suivi automobile en file qui repose sur le maintien d'un temps de freinage constant avec le véhicule suivant. Bien que la version déterministe de ce modèle soit inconditionnellement stable, l'ajout de bruit entraîne de manière inattendue l'apparition d’ondes stop-and-go. J'explique cette observation en utilisant une analogie avec le pendule de Kapitza, qui développe un nouvel état stationnaire sous l'effet de fortes vibrations. Plus précisément, une discontinuité d’un paramètre d'ordre apparaît lorsque le niveau de bruit ou la densité dépasse un certain seuil, faisant écho à une transition liquide-gaz. Mes recherches sur la dynamique des foules soulignent l'importance d'intégrer les processus décisionnels aux interactions mécaniques pour approfondir notre compréhension des comportements collectifs complexes, en particulier dans les environnements bondés
With the surge in mass events, crowd dynamics have become an increasingly important subject of study. Understanding how groups move and evolve in space, particularly at medium and high densities, is crucial for organising such events.The first section of this PhD dissertation presents one of the first field datasets on dense crowds. This dataset includes pedestrian trajectories and meta-information collected during the 2022 Festival of Lights in Lyon as part of the Franco-German MADRAS project. It includes up to 7000 trajectories, GPS data, and contact information. In addition, some rare events have been identified, providing an in-depth description of pedestrian dynamics in complex, real-life scenarios. Subsequently, I develop a theoretical framework for modelling crowd dynamics that integrates a decision-making component, where pedestrians regularly adjust their desired speed, and a mechanical layer that confronts these decisions with the surrounding physical reality. Most existing models fail to faithfully reproduce mechanical interactions, often relying on idealised interaction forces and simplified circular shapes. Drawing inspiration from the scientific literature on grain dynamics, I integrate more realistic mechanical interactions into the Newtonian equations, using damped springs that are tangential and normal to the contact surfaces. I also use anthropometric data to represent the human contour as faithfully as possible, in two dimensions, rather than using simple discs. This allows me to create a synthetic crowd that incorporates individual heterogeneity. Regarding decision-making, pedestrians strive to choose a desired speed while adhering to various metabolic, physical, and psychological constraints, largely supported by empirical data. These constraints include:- A destination constraint which considers the goal of reaching a specific location.- Biomechanical limits related to the muscular and articular capacities of pedestrians.- A cost associated with the misalignment between the body and the desired direction of movement.- A desire to preserve one's social bubble, a zone that individuals wish to keep free of any intrusion, whether from obstacles or neighbouring pedestrians.- An intention to avoid collisions or interpenetration of comfort spaces during movement based on the estimation of time to collision.This comfort space is modelled by a scalar field of discomfort whose contours are not simply circular. The model is implemented in C++ and tested in various scenarios. After validation in simple situations involving pairs of pedestrians or a pedestrian near a wall, I successfully compare the model's predictions with experiments involving the propagation of a push through a row of people, evacuations, and weaving movements between walls and pedestrians.Finally, I investigate collective phenomena that occur not only in crowds but also in vehicular traffic, specifically stop-and-go waves resulting from the growth of dynamical instabilities. To better understand these phenomena, I simulate a car-following model that relies on maintaining a constant time gap with the following vehicle. Although the deterministic version of the model is unconditionally stable, introducing noise intriguingly leads to the emergence of stop-and-go waves. I explain this observation using an analogy with the Kapitza pendulum, which develops a new stationary state under strong vibrations. Specifically, discontinuities in a suitably defined order parameter appear when noise or density exceeds a finite threshold, echoing a liquid-gas transition. This noise may stem from inaccuracies in drivers' and pedestrians' observations, difficulties in brain information processing, or unaccounted interactions. My research on crowd dynamics highlights the importance of integrating decision-making processes with mechanical interactions to deepen our understanding of complex collective behaviours, notably in crowded environments

Ce travail concerne la modélisation du mouvement des piétons via l’approche non régulière du contact dynamique des solides rigides et déformables. Une reformulation de cette approche est proposée en accord avec le formalisme de M.Frémond et celui de J.J.Moreau. L’approche proposée est basée sur la notion de percussion qui est l’intégrale de la force de contact au cours de la durée de la collision. Contrairement aux modèles classiques d’éléments discrets, il est supposé que les percussions ne peuvent être exprimées qu’en fonction de la vitesse avant l’impact. Cette hypothèse est vérifiée pour des lois de comportement classiques de la collision. Les équations de mouvement sont ensuite reformulées en tenant compte de multiples collisions simultanées. L’existence et l’unicité de la solution du nouveau modèle sont discutées en fonction de la régularité des forces (densité de Lebesgue apparaissant au cours de l’évolution régulière du système) et la régularité des percussions (Dirac-densité décrivant la collision). A la lumière des principes de la thermodynamique, une condition sur la percussion interne assurant que la collision est thermodynamiquement admissible, est établi. L’application aux collisions de disques rigides et à l’écoulement dans un sablier en forme d'entonnoir est présentée. L’approche est étendue au mouvement de la foule, en effet ; la circulation des piétons à travers les goulets d’étranglement est étudiée. Une analyse de sensibilité est effectuée pour étudier l’effet des paramètres d’un modèle de mouvement de foule discret 2D sur la nature des collisions et des temps d’évacuation des piétons. Nous avons identifié les paramètres qui régissent une collision de type piéton-piéton et étudié leurs effets sur le temps d'évacuation. Puis une expérience d’évacuation d’une salle avec une sortie de goulot d’étranglement est introduite et sa configuration est utilisée pour les simulations numériques. La question de l’estimation des forces de contact et de la pression générée dans une foule en mouvement est abordée à la fois d’un point de vue discret (un piéton est assimilé à un disque rigide) et continue (la foule est considérée comme un solide déformable). Une comparaison entre le modèle microscopique du second ordre (modèle discret 2D) et l’approche continue est présentée. Les forces de contact sont rigoureusement définies en tenant compte des contacts multiples et simultanés et le non chevauchement entre piétons. Nous montrons que pour une foule dense les percussions (saut de la quantité de mouvement correspondant au contact instantané) deviennent des forces de contact. Pour l’approche continue, la pression est calculée en fonction des contraintes volumiques et surfaciques. Et tenant compte les interactions non locales entre les piétons. Afin de rendre l’approche plus efficace, nous avons modélisé chaque piéton par un solide déformable, le cas unidimensionnel est étudié, une comparaison avec le cas discret est présentée pour un exemple d’écrasement d’une chaîne de piétons dans un obstacle fixe. La solution analytique des équations de contact est développée ce qui permet une calibration de paramètres du modèle et une étude asymptotique des solutions. La théorie non-régulière de la dynamique de solides déformables permet de calculer la vitesse réelle de la foule en tant qu’un milieu continu en tenant compte des interactions avec l’environnement et de la vitesse souhaitée. Une représentation macroscopique donnée par un problème couplé d’équations hyperbolique et elliptique. Une équation hyperbolique décrivant l’évolution de la densité de la foule dont la vitesse est calculée une équation elliptique, celle de l’évolution d’un solide déformable. Un résultat d’existence et unicité est développé concernant l’existence et l’unicité de la solution du problème couplé et la stabilité par rapport à la condition initiale et les conditions aux limites
This work concerns the modeling of pedestrian movement inspired by the non-smooth dynamics approach for the rigid and deformable solids. Firstly, a reformulation of the non-smooth approaches of M.Frémond and J.J.Moreau for rigid body dynamics is developed. The proposed theory relies on the notion of percussion which is the integral of the contact force during the duration of the collision. Contrary to classical discrete element models, it is here assumed that percussions can be only expressed as a function of the velocity before the impact. This assumption is checked for the usual mechanical constitutive laws for collisions. Motion equations are then reformulated taking into account simultaneous collisions of solids. The existence and uniqueness of the solution of the proposed model are discussed according to the regularity of both the forces (Lebesgue-density occurring during the regular evolution of the system) and the percussions (Dirac-density describing the collision). A condition on the internal percussion assuring that the collision is thermodynamically admissible is established. An application to the collision of rigid disks and the flow in a funnel-shaped hourglass is presented. The approach is extended to crowd motion, indeed; the circulation of pedestrians through the bottlenecks is studied and deals with to optimize evacuation and improve the design of pedestrian facilities. A sensitivity analysis is performed to study the effect of the parameters of a 2D discrete crowd movement model on the nature of pedestrian’s collision and on evacuation times. The question of estimation of contact forces and the pressure generated in a moving crowd is approached both from a discrete and continues point of view. A comparison between the second-order microscopic model (2D discrete model) and the continues approaches is presented. Contact forces are rigorously defined taking into account multiple, simultaneous contact and the non-overlapping condition between pedestrians. We show that for a dense crowd the percussions (moment umjump corresponding to instantaneous contact) become contact forces. For continuous approach, the pressure is calculated according to volume and surface constraints. This approach makes it possible to retain an admissible right-velocity (after impact), including both the non local interactions (at a distance interactions) between non neighbor pedestrians and the choice of displacement strategy of each pedestrian. Finally, two applications are presented : a one-dimensional simulation of an aligned pedestrian chain crashing into an obstacle, and a two-dimensional simulation corresponding to the evacuation of a room. In order to make the approach more efficient, we modeled each pedestrian with a deformable solid, the unidimensional case is studied a comparison with the discreet case is presented that corresponding to a crash of a pedestrian chain in a fixed obstacle is treated. The analytical solution of contact equations is developed for both approaches. This allows to calibrate the model parameters and offers an asymptotic study of the solutions. The non-smooth theory of deformable solids makes it possible to calculate the current velocity of the crowd as a continuous medium taking into account the interactions with the environment and their desired velocity. a macroscopic representation is developed through Hyperbolic – Elliptic Equations. indded;the crowd is described by its density whose evolution is given by a non local balance law. the current velocity involved in the equation is given by the collision equation of a deformable solid with a rigid plane. Firstly, we prove the well posedness of balance laws with a non smooth ux and function source in bounded domains, the existence of a weak entropic solution, it’s uniqueness and stability with respect to the initial datum and of the boundary datum. an application to crowdmodeling is presented

Ce travail porte sur la modélisation dynamique des fours de réchauffage en continu de la sidérurgie en développant une logique de supervision en ligne. Le premier axe présente l'élaboration d'un modèle dynamique global d'un four de réchauffage où seules l'équation de l'énergie et l'équation de continuité sont appliquées en utilisant et perfectionnant le logiciel THERMETTE du Centre Energétique et Procédés (CEP). Le modèle est applicable à tous les types de fours grâce à l'interface de l'outil SAFIR-4D développé pour la société Stein-Heurtey. A l'aide de cette interface, un four quelconque est décrit et le modèle dynamique est généré automatiquement après avoir calculé les facteurs de transferts radiatifs du four étudié. Les facteurs de transferts sont calculés par la méthode "Damier", méthode de calcul rapide des facteurs de transferts radiatifs développée dans cette thèse, couplée au logiciel MODRAY du CEP. La validation numérique de la méthode "Damier" est effectuée afin d'en démontrer son exactitude avec ce qu'elle apporte comme gain considérable en temps de calcul. La validation expérimentale, basée sur une brame instrumentée circulant dans un four, montre la cohérence du modèle dynamique global mis en place et couplé aux facteurs de transferts radiatifs issus de la méthode "Damier". Les résultats obtenus de températures, de débits de produits et de bilan thermique sont en bon accord avec les mesures. Le second grand axe de ce travail porte sur la supervision en ligne d'un four de réchauffage. Le modèle dynamique développé dans la première partie sert d'analogue de four réel et donc de fournisseur de données pour le fonctionnement en ligne du four. Le travail de supervision est une combinaison d'algorithmes de prévision et d'optimisation. La prévision rapide et en ligne des températures des brames permet d'obtenir les données nécessaires à l'optimisation dont la fonction est de mettre à jour les consignes du four afin de vérifier le critère technico-économique de production. La supervision est ensuite validée en comparant les résultats des tests menés à ceux obtenus lors d'une supervision classique où les consignes des zones ont des valeurs constantes. Les résultats sont satisfaisants du point de vue consommation énergétique et critère de températures sur les différentes brames.

Ce travail porte sur la modélisation dynamique des fours de réchauffage en continu de la sidérurgie en développant une logique de supervision en ligne. Le premier axe présente l'élaboration d'un modèle dynamique global d’un four de réchauffage où seules l’équation de l’énergie et l’équation de continuité sont appliquées en utilisant et perfectionnant le logiciel Thermette du Centre Energétique et Procédés (CEP). Le modèle est applicable à tous les types de fours grâce à l’interface de l’outil SAFIR-4D développé pour la société Stein-Heurtey. A l'aide de cette interface, un four quelconque est décrit et le modèle dynamique est généré automatiquement après avoir calculé les facteurs de transferts radiatifs du four étudié. Les facteurs de transferts sont calculés par la méthode « Damier », méthode de calcul rapide des facteurs de transferts radiatifs développée dans cette thèse, couplée au logiciel MODRAY du CEP. La validation numérique de la méthode « Damier » est effectuée afin d'en démontrer son exactitude avec ce qu’elle apporte comme gain considérable en temps de calcul. La validation expérimentale, basée sur une brame instrumentée circulant dans un four, montre la cohérence du modèle dynamique global mis en place et couplé aux facteurs de transferts radiatifs issus de la méthode « Damier ». Les résultats obtenus de températures, de débits de produits et de bilan thermique sont en bon accord avec les mesures. Le second grand axe de ce travail porte sur la supervision en ligne d’un four de réchauffage. Le modèle dynamique développé dans la première partie sert d'analogue de four réel et donc de fournisseur de données pour le fonctionnement en ligne du four. Le travail de supervision est une combinaison d’algorithmes de prévision et d’optimisation. La prévision rapide et en ligne des températures des brames permet d’obtenir les données nécessaires à l’optimisation dont la fonction est de mettre à jour les consignes du four afin de vérifier le critère technico-économique de production. La supervision est ensuite validée en comparant les résultats des tests menés à ceux obtenus lors d’une supervision classique où les consignes des zones ont des valeurs constantes. Les résultats sont satisfaisants du point de vue consommation énergétique et critère de températures sur les différentes brames
The work consists of dynamic modeling of continuous steel reheating furnaces and of the development of an on-line control logic. The first part presents the elaboration of a global dynamic model of a reheating furnace where only the energy equation and the continuity equation are applied through the use and the improvement of Thermette a software developed by the Centre for Energy and Processes (CEP). The model is valid for all types of furnaces thanks to the interface of SAFIR-4D a computational tool developed for Stein-Heurtey. Using this interface, the description of any furnace generates automatically the dynamic model after calculation of the radiative transfer factors of the said furnace. Transfer factors are calculated by the « Check » method, which allows fast calculation of radiative transfer factors developed in this thesis, coupled to MODRAY a software of the CEP. The numerical validation of the « Check » method allows to demonstrate its precision and its advantages in terms of significant savings of calculation time. The experimental validation, based on one instrumented slab circulating in a furnace, shows the consistency of the global dynamic model coupled to the radiative transfer factors obtained by the « Check » method. The calculated temperatures, mass flow rates of products and the thermal balance are in good agreement with measurements. The second part of the work covers the on-line supervision of a reheating furnace. The dynamic model developed in the first part is used as an analog of a real furnace and so provides data for the on-line operation of the furnace. The control development combines prevision and optimization algorithms. The fast and on-online prevision of the slab temperatures allows to obtain data necessary to the optimization, which function is to update the data sets of the furnace in order to verify the technical-economical criterion of production. The control is then validated by comparison between the results of tests and those obtained by a classical control with constant data sets. Results in terms of energy consumption and temperature criteria on various slabs are satisfactory

Ces travaux de thèse ont été réalisés dans le domaine de la pyrolyse des déchets en four tournant, principalement du point de vue de la modélisation. Un modèle dynamique d'écoulement axial du produit a été développé à partir de résultats de la littérature, il permet de prédire l'évolution temporelle des profils de chargement du four. La seconde étape de ces travaux a consisté à coupler le modèle d'écoulement axial avec un modèle thermique du four étudié. Ces deux études ont ensuite servi de base à l'élaboration d'un modèle complet du procédé, les réactions chimiques sont alors prises en compte. Elles concernent comme application la pyrolyse du bois. Les variations des propriétés thermo-physiques du solide sont prises en compte, le modèle de transport de la charge est alors modifié et permet d'inclure les effets de changement des propriétés d'écoulement du lit solide.

Ce travail de thèse s'intéresse au développement d'une méthodologie d'optimisation des fours de cémentation gazeuse basse pression. L'objectif est de déterminer les conditions opératoires optimales qui permettent aux opérateurs exposés aux sous-produits toxiques générés (les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les suies en l'occurrence) de travailler dans des conditions plus sûres. Un modèle phénoménologique du procédé basé sur les équations du bilan de matière et des équations issues d'un mécanisme cinétique détaillé de pyrolyse d'acétylène en phase gazeuse, est d'abord développé. Le mécanisme cinétique est ensuite simplifié afin de réduire la taille du système différentiel, puis complété par un modèle de formation de suies, une réaction de formation de carbone pyrolytique et des phénomènes hétérogènes ayant lieu à la surface des pièces à cémenter qui sont décrits à l'aide du modèle de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson. Une première campagne expérimentale sur un réacteur tubulaire et un réacteur sphérique de laboratoire est réalisée en absence de pièces métalliques et permet de comparer les résultats expérimentaux de pyrolyse d'acétylène, de formation de suies et de carbone pyrolytique aux résultats de simulations en réacteur piston et réacteur parfaitement agité. Les résultats montrent l'importance du rôle joué par la formation de carbone pyrolytique et suies sur la formation des HAP. Une deuxième campagne expérimentale est menée sur un four industriel de cémentation gazeuse basse pression ; elle consiste à cémenter des pièces en adoptant une « recette » industrielle, c'est-à-dire en adoptant des conditions opératoires préétablies de manière empirique pour satisfaire le cahier des charges. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour estimer les paramètres de la réaction hétérogène de surface en supposant un modèle complet de cémentation gazeuse basse pression en réacteur parfaitement agité. Le modèle est ensuite utilisé dans la formulation du problème d'optimisation dynamique sous contraintes qui vise à minimiser la production de composés toxiques tout en assurant la qualité industrielle des pièces cémentées. Des conditions opératoires optimales permettant d'obtenir des pièces de même qualité que celles obtenues avec la recette industrielle sont alors déterminées par résolution du problème d'optimisation établi et des expériences avec la recette optimisée sont menées sur le four industriel. Les résultats permettent de corroborer que la recette optimisée conduit à des pièces de même qualité que la recette classique industrielle, tout en réduisant la formation de la toxicité du procédé
This PhD work deals with the development of an optimization methodology for low-pressure gas carburizing furnaces. The objective is to determine the optimal operating conditions allowing operators exposed to the toxic by-products generated (polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and soot in this case) to work in safer conditions. A first-principles model of the process based on mass balance equations as well as equations derived from a detailed kinetic mechanism of gas-phase acetylene pyrolysis is first developed. The kinetic model is then reduced in order to reduce the size of the differential system; then completed by a model of soot formation, a pyrolytic carbon formation reaction and heterogeneous phenomena occurring on the surface of the steel parts to be cemented which are described by means of Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson model. Experiments conducted on a laboratory scale tubular reactor and a jet stirred reactor are carried out without steel parts. The results are then compared to the results of simulations of acetylene pyrolysis, soot and pyrolytic carbon formation in a plug flow reactor and in a perfectly stirred tank reactor. The results show the importance of the role played by the formation of pyrolytic carbon and soot on the formation of PAH. Experiments on an industrial low-pressure gas-carburizing furnace are conducted as well; they consist in the carburization of steel parts using an industrial "recipe", i.e. predetermined operating conditions obtained by trial-and-error basis in order to meet the desired carburizing depth. The experimental results are used to estimate the parameters of the heterogeneous surface reaction by assuming a complete model of low-pressure gas carburizing in a perfectly stirred tank reactor. The model is then used in the formulation of the dynamic constrained optimization problem which aims to minimize the production of toxic compounds while ensuring the industrial quality of the carburized steel parts. Optimal operating conditions allowing to obtain steel parts of the same quality as those obtained with the industrial recipe are then determined by solving the optimization problem and experiments using the new operating conditions are conducted in the industrial furnace. The results corroborate that the optimized recipe leads to steel parts of the same quality as the industrial recipe, while reducing the process toxicity

La combustion sans flamme est un mode de combustion innovant dans le domaine des économies d'énergie et de la réduction des émissions polluantes, qui reste toutefois encore peu étudié. L'objectif de cette étude est de caractériser ces mécanismes par une étude expérimentale. La première étape de cette étude a été réalisée sur une installation d'essais semi-industrielle. Différents moyens de mesure dans la flamme ont été utilisés pour caractériser le mode d'accrochage de la flamme, la structure des zones de réactives, les recirculations des produits de combustion et leur impact sur la combustion et les émissions polluantes. Parallèlement, une installation d'essais de laboratoire à été mise en place. La caractéristique essentielle de cette installation est la possibilité de changer une des dimensions de la chambre tout en gardant identiques les conditions opératoires. Différents paramètres (puissance, température de l'air, température des parois, taux d'aération, confinement de la flamme) sont modifiés afin de caractériser leur impact sur le régime de combustion sans flamme.
Les résultats montrent que la flamme peut être divisée en deux zones. Alors que la réaction principale se situe où le jet d'air et de gaz naturel se rejoignent, une première zone réactive est aussi observée dans la zone de recirculation interne, assurant la stabilisation de la flamme. La recirculation des produits de combustion est mise en évidence et quantifiée à partir des résultats des mesures dans la flamme. Entraînées par l'écoulement principal, ces recirculations induisent une importante dilution dans les zones réactives, où la concentration en CO et la température restent à de faibles niveaux. Les oxydes d'azote sont principalement produits par voie thermique, mais restent très faibles. Par ailleurs, un mécanisme de réduction dans la flamme des oxyde d'azote présents dans les recirculations peut être observé. L'étude paramétrique montre que si la puissance n'a pas d'influence sur le régime de combustion, la combustion sans flamme est possible avec de l'air non préchauffé. Par ailleurs, une augmentation du taux d'aération réduit la dilution de la zone réactive par les inertes. Pour de fortes augmentations du taux d'aération, on peut observer l'apparition d'une troisième zone de réaction à l'extérieur des jets de gaz naturel ; on quitte alors le régime de combustion sans flamme

Aux alentours de 1800, la Franche-Comté était au tout premier rang des régions françaises pour la production métallurgique. Cette situation remontait au moyen-âge ou l'établissement de "forges" était souvent du a l'initiative de moines cisterciens. Depuis 1983 les prospections archéologiques menées sur les plateaux et avant-monts du massif jurassien ont permis de découvrir une quantité impressionnante de sites d'extraction minières et mines souterraines. Deux catégories de minerai de fer ont été exploitées : les minerais de fer résiduel ou pisolithique et les minerais de fer colitique ou "en roche". Les minerais pisolithiques se sont déposes au plio-pleistocene, à la surface du sol, et dans les cavités du karst. Ils ont donné lieu aux premières exploitations par minières et progressivement par puits, dépilages et réseaux souterrains. Les minerais colitiques supra liasiques (toarcien, aalénien) ont été exploités à l'affleurement, par carrière a ciel-ouvert, puis très vite par travaux souterrains étendus et complexes. Près de trois cent sites miniers ont été découverts et répertories. (Tome 2 vol. 1 et 2) ils ont fait pour la plupart l'objet d'investigations détailles ; les réseaux souterrains ont été explorés et topographiés au moyen des techniques de spéléologie minière. Neuf structures de bases ont été inventoriées et font l'objet d'un classement typologique. Ces structures se combinent et s'associent en ensembles construits aboutissant à l'élaboration de systèmes d'exploitation. A partir d'une méthodologie basée sur l'analyse systémique des conduits, onze catégories de systèmes d'extraction repreésentés par des sites caractéristiques ont été définis et analyses.

L'application a l'anthracologie d'un protocole de prelevement et d'etude rigoureux affine sensiblement le modele biochronologique connu a ce jour en mediterranee occidentale. D'un point de vue paleoecologique, la periode fin tardiglaciaire-postglaciaire est approfondie en insistant plus particulierement sur la charniere mesolithique-neolithique (sites abeurador, herault, margineda, andorre). Enfin une etude spatiale synchronique en moyenne valle du rhone est realisee a partir des trois sites chasseens implantes selon un gradient altitudinal. L'action de l'homme a une periode d'apogee du stade neolithique est apprehendee

Le site Vieil-Évreux (Eure) présente une organisation exceptionnelle : les édifices publics, groupés en son centre, sont entourés par des espaces vides qui s’entendent sur 190 ha, eux-mêmes cernés par l’habitat. Par ces spécificités, le site peut être approché d’autres ensembles des Trois Gaules – désignés par l’expression « grand sanctuaire » – qui se singularisent par un regroupement d’édifices imposants (au moins un temple, un théâtre et des thermes), longtemps apparus comme isolés de tout habitat. Cependant, les quartiers bâtis récemment révélés sur ces sites remettent en question la nature et le rôle de ces ensembles au sein de la cité. À partir du Vieil-Évreux et de certains « grands sanctuaires », ce travail a eu pour objectif de caractériser cet habitat : il se distingue par une extension remarquable ; par la présence de bâtiments densément structurés aux formes et aux fonctions variées, interprétées comme des habitations modestes ou développées ; par l’existence d’activités artisanales importantes. Cet habitat apparaît après la Conquête, prend son essor à la fin du Ier s. et perdure jusqu’au IVe s. Ces résultats permettent d’interpréter ces sites comme des agglomérations de leur cité. Ces sites se localisent en un point stratégique du territoire ; cette situation explique, au-delà de la présence d’un sanctuaire public majeur, le développement d’un habitat aux fonctions variées. L’importance du temple dans la cité justifie les dépenses évergétiques dont ces sites font l’objet, qui se matérialisent, à partir du IIe s., par la création d’ensembles monumentaux autour desquels s’étend l’habitat qui conférent aux sites leur organisation originale
The Vieil-Évreux site (Eure) shows an exceptional organisation : public buildings, which are grouped in the centre of the site, are surrounded by empty spaces covering a large area (190 ha), which are encircled by the settlement. Bacause of these specific features, the site can be compared to others complexes of the Tres Galliae – referred to by the expression “great sanctuary” – characterised by an association of momunements (at least a temple, a thearter and baths) ; these sites have been considered cut off from any dwellings for a long time. However, the recent discovery of residential quarters around the monuments calls into question the nature and the functions of these sites within the civitas. Based on the study of Vieil-Évreux and others “great sanctuaries”, this work aimed to characterise this settlement : it is distinguished by a notable expansion ; by the existence of numerous buildings showing forms and functions, interpreted as modest or rich dwellings ; by the existence of an important craft industry. This settlement appears after the Roman Conquest and expands from the end of the 1st to the 4th century. These results allow the interpretation of these sites as urban areas. These sites are located at a strategic place within the territory : this location explains, beyond the existence of a major civic sanctuary, the development of dwellings with several forms and functions. The importance of the temple within the civitas also explains the euergetic expenses shown by these sites, which are demonstrated, from the 2nd century, by the creation of monumental complexes around which the settlement extends, which give their original organisation to the sites

Depuis de nombreuses années, Grand fait l'objet de recherches pour définir cette agglomération gallo-romaine particulière. Se concentrant sur la partie urbaine, les chercheurs ne se sont pas penchés sur son environnement et sa place au sein de la cité des Leuques : l'image d'un sanctuaire au centre d'une clairière perdure. L'intérêt de ce travail est de remettre toutes les données à plat, de les mettre en relation et d'en amasser de nouvelles tout en replaçant l'étude dans un contexte géographique plus large et diachronique. L'étude dans un contexte géographique plus large et diachronique. La comparaison avec d'autres agglomérations leuques montre que Grand occupait une place particulière et ne ressemblait à aucune autre agglomération. Mais, la reprise de la documentation révèle aussi que l'agglomération n'était pas isolée : elle était bien desservie par des voies et elle était entourée de sites ruraux et d'ateliers artisanaux avec lesquels elle pouvait entretenir des liens commerciaux
For many years, Grand has been a research subject to define this peculiar Gallo-roman city. Focusing on its urban part, researchers did not look into its environment and its place within the city of Leuci: we still picture a sanctuary in the middle of a lost forest clearing. The interest of this work is to review all the data, to link them and to gather new ones while putting the study in a larger geographic and diachronic scale.Comparison with other Leuci cities shows that Grand was distinctive and did not look like any others. However, the re-reading of the literature also reveals that this city was not isolated; it was easily accessible by paths and surrounded by rural sites and artisanal workshops that it could have as trading partners

Des ensembles complexes, tels que les foules de piétons peuvent être soumis à de très fortes fluctuations de vitesses et de densités. Les individus formant ces ensembles sont les propres vecteurs de leur mouvement. Ils répondent à des règles locales microscopiques de déplacement qui, sous certaines conditions de densité, peuvent avoir un impact macroscopique sur la dynamique de l'ensemble. A la différence des animaux purement collectifs, comme ceux composant les bancs de poissons, les nuées d'oiseaux ou bien les troupeaux de gnous, les piétons partagent des intentions à la fois collectives et individuelles. De cette nature particulière apparaissent des comportements d'auto-organisation singuliers, dépendant de la nature cognitive des interactions entre les piétons, de la géométrie de l'espace, de la pluralité des objectifs, ainsi que la densité et la vitesse. L'objectif de cette thèse a été de reproduire via la simulation numérique les principaux phénomènes observés à l'aide d'hypothèses physiques et comportementales. Nous avons adopté une approche microscopique continue prenant en compte leur capacité d'anticipation via la recherche des différents temps de collision et l'utilisation d'une fonction d'estimation des angles de déviation possibles. Nous avons alors comparé notre modèle avec ceux dont il s'inspire face à différentes géométries. Nous avons aussi étudié des situations types comme l'évacuation à travers une porte avec différents jeux de paramètres : la taille de la porte, la vitesse et l'injection d'un bruit. Enfin, nous avons reproduit le phénomène d'oscillation de passages de deux groupes autour d'une porte en introduisant quelques règles de priorité
Complex bodies, as crowds of pedestrian can present Strong Velocity and Density fluctuations. The persons shaping theses bodies are their own Drive motors. They follow local microscopic motion rules which, under certains Density conditions, can play a major role on the whole dynamics at the macroscopic scale. Unlike the purely collective animals, as those composing schools of fish, flocks of birds or herds of wildebeest, the pedestrians share at the same time collective and individual intentions. From this particular nature appear singular self-organisation behaviors, depending on the cognitive aspect of the pedestrian interactions, the geometry of the space, the plurality of targets, as well as the density and the velocity. The goal of this thesis has been to reproduce via numerical simulation tools the principal observed phenomena using physical and behavioral hypothesis. For that, we have adopted a continuous microscopic approach. The dynamics for each pedestrian is done locally trough a Newton-like equation which takes in account their anticipation ability via the search of the different collision time and the use of an estimation function of the possible deviation angles. Then, we have compared the behaviour differences between our model and those that inspired it in differents Spatial geometries. We have also studied generic situations as the evacuation trough a door with different sets of parameters : the size of the door, the velocity and the injection of a noise in the equation of forces. Finally, we have reproduced the oscillation phenomena of passings of two groups around a door by introducing some priority rules

Les oiseaux marins sont des espèces emblématiques. Passeuses de frontières, de la mer à la terre, de l’air à l’eau, des pays du nord au pays du sud, elles créent un lien entre les différents sociaux- écosystèmes marins de notre planète. Du fait de leur ubiquité, elles sont exposées à de nombreuses menaces autour du monde. Parmi elles, les interactions avec les pêcheries représentent la part de risque la plus importante pour ces espèces lorsqu’elles sont en mer. Leur statut de conservation en est affecté, et des actions prioritaires visant à réduire ces impacts doivent être mis en place. Ces espèces bénéficient de l’intérêt, voir de la sympathie des populations et le grand public est sensible au sort de leurs populations. Mettre en place des stratégies et des outils permettant la conservation des populations d’oiseaux marins répond donc à une demande sociétale urgente.Le fou de Bassan (Morus bassanus) est une espèce emblématique de la conservation des oiseaux marins en France métropolitaine. Au sein de la Réserve Naturelle Nationale de l’archipel des Sept-Îles, la seule colonie de reproduction Française de cette espèce bénéficie d’un statut de protection fort. Malgré cela, au cours de la dernière décennie, notre étude a mis en évidence une inversion de la dynamique de la population et une baisse du succès reproducteur. La mise en place d’un suivi bio-télémétrique nous a alors permis de chercher à comprendre et expliquer ces changements. Nous avons notamment mis en évidence, que durant la saison de reproduction, les fous des Sept-Îles souffraient de la diminution de leurs proies naturelles et se rabattaient alors sur des rejets de pêche. La consommation de ces subsides anthropiques affecte les efforts de recherche alimentaire, la condition des individus et finalement leur reproduction. De plus, nous avons montré que durant la période internuptiale, ils étaient exposés à de forts risques de captures accidentelles et à une diminution globale de leurs proies préférentielles, affectant les taux de retours à la colonie et expliquant potentiellement la baisse observée de la taille de la population.Ces travaux nous amènent à conclure que la bonne conservation des fous des Sept-Îles, comme celle de toute la mégafaune marine, ne pourra se faire qu’en adoptant une approche écosystémique des pêches. Particulièrement, le partage de certaines ressources entre prédateurs supérieurs et pêcheries devra être pris en compte dans la gestion des stocks, la diminution des rejets de pêche devra être favorisée et des aires marines protégées pélagiques excluant les activités de pêche, dessinées à partir des zones d’intérêt pour les oiseaux marins, devront être mise en place
Seabirds are flagship species, boundary objects linking air and water, oceans and continents, Northern and Southern countries, binding a great variety of socio-ecosystems across the planet. Due to their ubiquity, they are exposed to numerous global threats. Among them, interactions with fisheries might be the main risk for seabirds at sea. The conservation status of seabirds is thereby affected, and priority actions due to reduce these impacts have to be established. Indeed, seabirds catch the attention of all stakeholders and of the general public, who are sensitive to the fate of their populations. Implementing tools and strategies allowing seabird conservation is therefore an urgent societal request. The Northern gannet (Morus bassanus) is emblematic of seabird conservation in metropolitan France, with a single breeding colony under strict protection within the Réserve Naturelle Nationale de l’archipel des Sept-Îles. Despite all conservation efforts, colony size and breeding success have been declining in recent years. A decadal biotelemetry study allowed us to test hypotheses linked to this decline. Notably, we showed that, during the breeding season, gannets shifted from feeding on natural prey, to taking fisheries waste. The consumption of these anthropogenic subsides affects foraging effort, adult body condition and reproductive output. Further, we showed that, during the inter-breeding period, gannets were exposed to enhanced bycatch risk and competition with fisheries for small pelagic fish. This had a strong impact on adult inter-annual return rates to the colony, potentially explaining the recent decline of the Sept-Îles gannetry. Overall, we conclude that an integrated conservation plan for Northern gannets, as well as for the marine megafauna in general, is only possible through ecosystem-based fisheries management. Specifically, the joint use of fish stocks by marine predators and fisheries should be taken into account by management schemes, at-sea dumping of fishery wastes should be reduced, and marine protected areas including true no-take zones should be designed, also by taking into account the spatial ecology of the marine megafauna such as seabirds

La connaissance du comportement thermique des fours et des pièces est un problème difficile et cependant essentiel dans les thématiques de recherche industrielles actuelles. L'industrie cherche à se doter de moyens numériques de plus en plus efficaces tout en réduisant sans cesse le temps de calcul afin de modéliser des pièces et des assemblages de plus en plus réalistes. Les cinétiques de chauffe ainsi que la distribution de la température dans l'enceinte et dans les pièces traitées doivent également être maîtrisées, afin d'améliorer la qualité des produits chauffées en terme de résistance et dureté. Le travail présenté dans cette thèse porte donc sur le développement de méthodes de résolution numérique pour la simulation du transfert thermique. Ces méthodes permettent le calcul couplé de la température des pièces avec l'environnement du four afin d'optimiser la géométrie de ces pièces, leur position dans le four mais également les conditions initiales de chauffe. Le calcul de dynamique des fluides (CFD) peut être considéré comme un puissant outil technique de prédiction de l'écoulement des fluides et du transfert thermique dans des cas industriels réalistes. La première partie de la thèse porte sur l'étude de schémas numériques avancés relatifs aux méthodes éléments finis stabilisés. Ces méthodes de calculs efficaces ont étaient utilisées pour simuler des écoulements instationnaires et des transferts thermiques conjugués. Par la suite, deux modèles de turbulence (modèle k-epsilon et modèle Large Eddy Simulation) sont introduits et utilisés pour prendre en compte les écoulements complexes et turbulents dans l'enceinte du four. Le transfert radiatif est assuré par la résolution du modèle P1 tout en calculant un terme source volumique qui sera intégré dans l'équation de la chaleur. La deuxième partie de cette thèse se consacre à la mise en place d'une méthodologie de discrétisation robuste qui permet aux utilisateurs de générer de façon entièrement automatique un seul maillage. Ce maillage contient à la fois des domaines axés sur la résolution d'un problème fluide (air, eau, …) mais également solides spécifiques aux structures, et ce quel que soit le niveau de détail et donc de complexité du cas étudié. Cette approche, connue sous le nom d' « immersion de volume », garantit un maillage anisotrope précis aux interfaces fluide-solide afin de capturer plus précisément les gradients thermiques et la forte discontinuité des propriétés physiques. Cette méthode offre donc une grande flexibilité dans la mise en données du problème mixte fluide-structure et aussi dans la prise en compte de plusieurs géométries (four, pièces, supports) et elle est également bien adaptée aux solveurs thermomécaniques développés
The development of efficient methods to understand and simulate conjugate heat transfer for multi-components systems appears in numerous engineering applications and still a need for industrials, especially in the case of the heat treatment of high-alloy steel by a continuously heating process inside industrial furnaces. The thermal history of the load and the temperature distribution in the furnace are critical for the final microstructure and the mechanical properties of the treated workpieces and can directly determined their final quality in terms of hardness, toughness and resistance. The main objectives of this thesis is then to understand and better model the heat treatment process at the same time in the furnace chamber and within the workpieces under specified furnace geometry, thermal schedule, parts loading design, initial operation conditions, and performance requirements. The Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation provides a useful tool to predict the temperature evolution and such processes. In the first part of this work, various stabilized finite element methods required for computing the conjugate heat transfer and the incompressible flows are proposed and analyzed. Two turbulence models, the k-epsilon and the Large Eddy Simulations (LES) models were introduced and used to simulate and take into account the complex turbulent flows inside the furnace chamber. The effect of thermal radiation was appropriately accounted for by means of a volumetric model known as the P1-model. In the latter part of this work, a multidomain approach referred as the immersed volume method (IVM) is introduced and applied to treat the fluid-solid interactions. It is based on the use of an adaptive anisotropic local grid refinement by means of the level-set function to well capture the sharp discontinuities of the fluid-solid interface. The proposed method showed that it is well suited to treat simultaneously the three modes, convective, conductive and radiative heat transfer that may interfere in both the fluid part and the solid part using anisotropic finite element meshes

Le premier néolithique de la Méditerranée occidentale est représenté par un ensemble d'expressions culturelles polymorphes qui se sont développées au cours du VIème millénaire AEC et qui sont définies traditionnellement par la présence de céramiques imprimées. En traçant la variabilité morphologique et décorative des productions céramiques, on peut suivre les dynamiques de diffusion du Néolithique selon un modèle de progression arythmique, d’est en ouest, caractérisée par un renouvellement continu des composantes technoculturelles.Dans ce cadre, à partir du début du VIème millénaire AEC, la Ligurie se révèle comme un espace particulièrement représentatif des transformations sociales et culturelles en jeu et constitue donc un domaine privilégié pour la compréhension des mécanismes de diffusion néolithique en Méditerranée nord-occidentale. Cette recherche s’est focalisée sur l'analyse technologique de la production céramique pour décoder les systèmes techno-économiques des groupes néolithiques, à travers une étude structurée sur deux niveaux progressifs et complémentaires, du site à l'échelle régionale.Les récentes fouilles effectuées aux Arene Candide (1997-2012) ont documenté en détail une séquence stratigraphique relative aux premières phases du Néolithique et ont fourni de nouvelles et cohérentes données contextuelles. La lecture technologique de l’assemblage céramique issu de ces recherches a permis de reconstruire le système de production céramique en relation avec l’articulation stratigraphique et chronologique, en mettant en évidence une évolution des comportements techniques et stylistiques au cours du VIème millénaire AEC. On a pu ainsi élaborer un modèle de périodisation, fondé sur des marqueurs techno-stylistiques spécifiques des différents horizons chrono-culturels. Ce modèle a été ensuite appliqué dans le cadre d’une révision systématique des céramiques provenant des sites contemporains, répartis entre la région de Finale et le Val Pennavaira, souvent très peu considérées parce que provenant généralement de contextes jugés peu fiables. Cette approche a permis de clarifier l'attribution chronologique et culturelle de ces séries céramiques, en fournissant des éléments pour une reconstruction diachronique des dynamiques de peuplement, et pour l'organisation et la gestion du territoire au cours du VIème millénaire AEC. Ces résultats ont alimenté le débat sur les interactions culturelles dans le bassin occidental de la Méditerranée
The early Neolithic of the western Mediterranean is represented by a polymorphic set of cultural expressions, traditionally defined by the presence of impressed wares, that developed during the sixth millennium BCE. By tracing the morphological and decorative variability of these ceramic productions, it was possible to outline a model of arrhythmic progression of the Neolithic package diffusion, from east to west, characterized by a continuous renewal of its techno-cultural components. Within this context, from the beginning of the sixth millennium BCE, Liguria is a particularly representative space of the social and cultural transformations that took place in the western Mediterranean and represents a privileged area for the untangling of the mechanisms of Neolithic diffusion in this area. This research focused on the technological analysis of ceramic production in order to decode the techno-economic systems of the Neolithic groups, through an integrated study, which was structured in two progressive and complementary levels, from infra-site to a regional scale.Recent excavations at the Arene Candide cave (1997-2012) documented in detail a clear stratigraphic sequence related to the early Neolithic phases, providing new and consistent proxy data. The technological analysis of the ceramic assemblage resulting from these researches allowed for the reconstruction of the pottery production system in relation to the stratigraphic and chronological articulation, highlighting an evolution of technical and stylistic behaviours during the sixth millennium BCE. This led to the elaboration of a diachronic model, articulated in different chrono-cultural horizons, each characterized by specific techno-stylistic markers. The systematic revision of the pottery from the contemporary sites of the region, mainly distributed between the Finalese region and Val Pennavaira, and often neglected due to their absent or unreliable contextual documentation, was also implemented. This revision allowed for the clarification of the chronological and cultural attribution of these ceramic sets, providing new elements for a diachronic reconstruction of settlement dynamics, as well as of the organization and management of the territory during the sixth millennium BCE, and finally revealed cultural interactions with the western Mediterranean basin.In general, the results obtained by this study increase, both quantitatively and qualitatively, the data relating to the early Neolithic stages of the region, unlocking the informative potential of a holistic approach to the analysis of the ceramic document, even when applied to remarkably fragmentary materials. These new results contribute to the ongoing debate on the complex phenomenon of the neolithization of the western Mediterranean

Depuis l’article fondateur de Jordan, Kinderlehrer et Otto en 1998, il est bien connu qu’une large classe d’équations paraboliques peuvent être vues comme des flots de gradient dans l’espace de Wasserstein. Le but de cette thèse est d’étendre cette théorie à certaines équations et systèmes qui n’ont pas exactement une structure de flot de gradient. Les interactions étudiées sont de différentes natures. Le premier chapitre traite des systèmes avec des interactions non locales dans la dérive. Nous étudions ensuite des systèmes de diffusions croisées s’appliquant aux modèles de congestion pour plusieurs populations. Un autre modèle étudié est celui où le couplage se trouve dans le terme de réaction comme les systèmes proie-prédateur avec diffusion ou encore les modèles de croissance tumorale. Nous étudierons enfin des systèmes de type nouveau où l’interaction est donnée par un problème de transport multi-marges. Une grande partie de ces problèmes est illustrée de simulations numériques
Since 1998 and the seminal work of Jordan, Kinderlehrer and Otto, it is well known that a large class of parabolic equations can be seen as gradient flows in the Wasserstein space. This thesis is devoted to extensions of this theory to equations and systems which do not have exactly a gradient flow structure. We study different kind of couplings. First, we treat the case of nonlocal interactions in the drift. Then, we study cross diffusion systems which model congestion for several species. We are also interested in reaction-diffusion systems as diffusive prey-predator systems or tumor growth models. Finally, we introduce a new class of systems where the interaction is given by a multi-marginal transport problem. In many cases, we give numerical simulations to illustrate our theorical results

Ce travail porte sur l'étude de fours tournants équipés de releveurs. Ce sont des contacteurs gaz/solide largement répandus dans de nombreux secteurs industriels mettant en oeuvre des solides divisés. Cependant en raison d'une faible connaissance du fonctionnement de ces équipements notamment en matière d'écoulement ou de transfert thermique, leur utilisation repose encore beaucoup sur le savoir faire des opérateurs acquis avec le temps. Ainsi ce travail vise à fournir aux ingénieurs des outils de connaissance et d'extrapolation pour les accompagner dans les phases de dimensionnement, mais aussi d'optimisation de procédés existants, en particulier pour des fours tournants en chauffage indirect et équipés de releveurs. La première partie de cette étude porte sur l'influence des conditions opératoires sur l'hydrodynamique des solides divisés de forme et taille différentes. Pour ce faire, des procédures expérimentales pour la mesure de distribution des temps de séjours des particules solides ont été mises en oeuvres. Deux pilotes de four tournant ont été utilisés. Ces derniers ont un ratio longueur sur diamètre équivalent mais un ratio de taille de 2. L'hydrodynamique des fours a été caractérisée quantitativement à partir des résultats expérimentaux en terme de temps de séjour des solides, taux de remplissage du four ainsi que de la dispersion axiale des particules. Ces derniers ont été modélisés par analyse dimensionnelle dans un souci de généralité en prenant en compte la présence d'éléments internes (releveurs, grille) ou diaphragmes en sortie, mais aussi des paramètres opératoires tels que la vitesse de rotation du tube, son inclinaison ou le débit des particules solides. La seconde partie de cette étude s'intéresse aux processus de transfert thermique dans les fours tournants en chauffage indirect et équipés de releveurs. Cette étude repose sur la mesure des profils de température à la paroi, dans la phase gazeuse et le lit de particules solides. L'analyse de ces profils de température se focalise sur la détermination des coefficients de transfert de chaleur entre la paroi et le lit de solides d'une part, et entre la paroi et le gaz d'autre part. Une méthode d'analyse globale de système mince et un bilan global intégrant la puissance fournie pour la chauffe sont utilisés pour la détermination de ces coefficients de transfert. Les résultats obtenus permettent d'une part de mettre en évidence l'effet des releveurs ainsi que l'influence des paramètres opératoires sur ces coefficients de transfert de chaleur et d'autre part d'établir par analyse dimensionnelle des modèles pour ces derniers. Enfin, ce travail se termine par la mise en place d'un modèle dynamique simplifié de four tournant en chauffage indirect permettant la détermination des profils de température le long du four et pouvant être facilement adapté à divers procédés
The present work addresses a fundamental study on flighted rotary kilns. They are gas-solid reactors, used in a variety of industries to process heterogeneous media. However, operating these kilns mainly relies on the know-how of operators due to insufficient fundamental understanding. The aim of this work is to provide engineers with relevant tools and models to assist in the design stage and the performance improvement of existing operating process units, in particular indirectly heated rotary kilns, inclined and equipped with lifters. In the first part, we studied the effects of operating parameters on the flow of materials of differing properties and shape. For this purpose, residence time distribution measurements were performed through experimental stimulus response tests. Two pilot-scale rotary kilns with similar length-to-diameter ratios, but a dimension ratio of about two were used in this study. We focused on the effects of lifter shape and configurations. The effects of the rotational speed, the kiln slope, the mass flow rate and the exit dam height were also analyzed. The flow of solids was quantitatively characterized primarily by the experimental mean residence time, hold-up, and axial dispersion coefficient. Using a dimensional analysis, models were established to predict the mean residence time, the filling degree and the axial dispersion coefficient, providing basic information on the kiln design, solid particle properties and operating conditions. In the second part, we studied the heat transfer mechanisms occurring in the flighted rotary kiln by measuring temperature profiles at the wall, the freeboard gas and the bulk of solids. Analysis of the temperature profiles focused on two main issues: assessment of the heat transfer coefficient between wall and gas, and assessment of the heat transfer coefficient between wall and solid particles. The lumped system analysis and a heat balance using the power supplied for the heating were applied to determine the experimental heat transfer coefficients. The effects of operating conditions and lifting flights were analyzed. Both heat transfer coefficients were then correlated through dimensional considerations. Lastly a global dynamic model mainly based on the models developed in this study can be used to determine wall, gas and bulk solids axial temperature profiles in an indirectly heated flighted rotary kiln. This global model needs to be completed with specific models related to a reaction so as to be used as a framework for the simulation of specific industrial rotary kilns

Cette étude développe une plate-forme mathématique allant de la création d’une base de connaissances à la mise en place d’un modèle adaptatif. Une nouvelle approche en ce qui concerne la modélisation du four rotatif du clinker a été nécessaire pour mener à bien notre étude. Ainsi, un modèle d’état du système aux paramètres repartis, à la base des phénomènes physico-chimiques, a été conçu à l’aide d’équations aux dérivées partielles. La structure du modèle est basée sur trois variables d’état qui peuvent décrire correctement les principaux phénomènes (diffusions, déplacements, transferts et échanges thermiques, etc.) qui se déroulent dans le four rotatif de clinker. En outre, ces variables d’état sont accessibles à travers des paramètres mesurables tels que les températures de la surface extérieure du four et de l’air ambiant. Les paramètres du modèle proposé sont des fonctions de trois variables d’état, qui tout en remplaçant les paramètres mal connus et inaccessibles, décrivent les phénomènes physicochimiques qui caractérisent la complexité du système et sont définis comme des fonctions opératoires. Cette approche permet non seulement de minimiser les erreurs (hypothèse de simplification) mais aussi permet un accès facile et aisé des paramètres. Nous avons élaboré une procédure d’identification basée sur des analyses phénoménologique et dimensionnelle. Ainsi, à partir de données issues d’un complément d’instrumentation associé à la base de connaissances, l’identification des fonctions opératoires (paramètres) a été effectuée à partir d’un état stationnaire du système qui représente notre condition initiale. Cette opération est importante dans la mesure où elle donne aux paramètres du modèle les propriétés de la dynamique du système. Ces résultats sont corroborés par les estimations des variables d’état dont les valeurs et évolutions sont acceptables. Après l’évaluation de l’influence des fonctions opératoires sur les variables d’état, une modélisation des paramètres (fonctions opératoires) du modèle a été proposée à la base d’une décomposition physique à la lumière des connaissances fournies dans la littérature. Une procédure d’ajustement a été également développée afin de pouvoir fournir des variables d’état optimales. Ainsi, l’erreur peut être compensée par ajustement des fonctions opératoires. Par conséquent, à travers la rapidité de la procédure d’ajustement et l’adaptation des paramètres du modèle dans un horizon de temps bien déterminé, le modèle renferme les caractéristiques d’un modèle adaptatif qui pourra être un support essentiel dans la commande automatique du système.
This study develops a mathematical platform going from the establishment of a knowledge database to the setting up of an adaptive model. This has required a new approach of modeling of the clinker rotary kiln (CRK). Thus, a state model of distributed parameter systems, based on physico-chemical phenomena, was designed using partial differential equations. The model structure is based on three state variables which are: the gas, clinker temperatures and the clinker mass distributions, and are elaborated with the help of heat, pressure and mass balance equations. The model parameters are defined by the functions of three state variables. Moreover, the resulting state model, decomposed into five phenomenological zones of CRK, is used as a first step to define a set of Operating Functions (OFs). These OFs has also been decomposed into longitudinal distribution of CRK to replace the constant, unknown or unmeasured parameters. We develop an identification procedure based on phenomenological and dimensional analysis where the identification of operational functions (model parameters) was performed from a stationary state of the CRK. Once the restores state variables have been evaluated, the desired input (which is treated as the control of the CRK) can be more easily found by the proposed model than by simple trial and error. Moreover, the fact that the computation time, to estimate-calibrate the OFs above-mentioned, is very short, then this dynamic computation works faster than real-time. In summary, the cooperation and coordination in real-time between industrial computers and the CRK allows for an adaptable model, where each specific set of the OFs must be analyzed by its accuracy.

Le concept de réseau offre un modèle de représentation pour une grande variété d'objets et de systèmes, aussi bien naturels que sociaux, dans lesquels un ensemble d'entités homogènes ou hétérogènes interagissent entre elles. Il est aujourd'hui employé couramment pour désigner divers types de structures relationnelles. Pourtant, si chacun a une idée plus ou moins précise de ce qu'est un réseau, nous ignorons encore souvent les implications qu'ont ces structures dans de nombreux phénomènes du monde qui nous entoure. C'est par exemple le cas de processus tels que la diffusion d'une rumeur, la transmission d'une maladie, ou même l'émergence de sujets d'intérêt commun à un groupe d'individus, dans lesquels les relations que maintiennent les individus entre eux et leur nature s'avèrent souvent être les principaux facteurs déterminants l'évolution du phénomène. C'est ainsi que l'étude des réseaux est devenue l'un des domaines émergents du 21e siècle appelé la "Science des réseaux". Dans ce mémoire, nous abordons trois problèmes de la science des réseaux: le problème de la diffusion dans les réseaux sociaux, où nous nous sommes intéressés plus particulièrement à l'impact de la dynamique du réseau sur le processus de diffusion, le problème de l'analyse des réseaux sociaux, dans lequel nous avons proposé une solution pour tirer parti de l'ensemble des informations disponibles en combinant les informations sur la structure du réseau et les attributs des noeuds et le problème central de la collecte de données sociales, où nous nous sommes intéressés au cas particulier de la collecte de données en milieux sauvages.