Tesi: "Faisceaux de particules – Modèles mathématiques"

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Guiberteau, Emmanuel. "Modélisation d'une décharge DC pulsée dans l'azote : simulations numériques à l'aide d'un code couplant la dynamique des particules chargées à celle du gaz neutre : comparaisons avec l'expérience". Nancy 1, 1998. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1998_0291_GUIBERTEAU.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à la modélisation d'une décharge diode pulsée dans l'azote utilisée pour la nitruration des aciers. L'objectif de ce travail était de mieux comprendre les différents phénomènes mis en jeu dans ce type de décharges afin d'optimiser le traitement. La première étape de ce travail a consisté en l'adaptation d'un code électrique existant aux conditions de fonctionnement du réacteur de traitement présent au laboratoire. Les premières comparaisons entre les résultats numériques et ceux obtenus expérimentalement par spectroscopie d'émission et par sonde électrostatique ont montré un accord général satisfaisant et ont mis en évidence les limites de ce code. Deux améliorations ont alors été apportées au modèle de base : une meilleure description de la population électronique à l'aide d'un faisceau monoénergétique ; un couplage avec un code décrivant la dynamique du gaz neutre. La première amélioration a permis de mieux décrire l'ensemble des différentes zones présentes dans la décharge, en particulier la lueur négative et d'obtenir un très bon accord entre numérique et expérience dans le cas de décharges impulsionnelles. La seconde amélioration a montré l'importance et la nécessité de prendre en compte le chauffage du gaz neutre dans le cas des décharges avec des temps d'allumage supérieurs à quelques centaines de microsecondes
This work deals the modeling of a dc pulsed diode type discharge used for iron and steel nitriding. The present research aimed at a better understanding of the processes occuring in such plasmas in order to attain an optimization of the surface treatment process. In a first stage we adapted an existing electrical modeling to the experimental results obtained from electrostatic probe and emission spectroscopy measurements. These preliminary results showed a roughly good agreement between the modeling and the experiment and pointed out the limits of this simulation. Two improvements have thus been made to this basic model: a better description of the electron population using a monoenergetic electron beam ; a coupling with a modeling of the neutral gas dynamics. The first improvement led to a better description of the various regions of the discharge (in particular the negative glow) and to get an excellent agreement between numerical and experimental results in the case of short duration impulse discharges. The second improvement showed the importance and the need for taking into account the heating of neutral gas in the case of discharge on-time greater than a few hundreds of microseconds

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Crestetto, Anaïs. "Optimisation de méthodes numériques pour la physique des plasmas : application aux faisceaux de particules chargées". Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00735569.

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Abstract (sommario):

Cette thèse propose différentes méthodes numériques permettant de simuler le comportement des plasmas ou des faisceaux de particules chargées à coût réduit. Le mouvement de particules chargées soumises à un champ électromagnétique est régi par l'équation de Vlasov. Celle-ci est couplée aux équations de Maxwell pour le champ électromagnétique ou à l'équation de Poisson dans un cas simplifié. Plusieurs types de modèles existent pour résoudre ce système. Dans les modèles cinétiques, les particules sont représentées par une fonction de distribution f(x,v,t) qui vérifie l'équation de Vlasov. Dans le cas général tridimensionnel (3D), le système fait apparaître 7 variables. Les calculs sur ordinateur deviennent rapidement très lourds. Les modèles fluides de plasma s'intéressent quant à eux à des quantités macroscopiques déduites de f par des intégrales en vitesse, telles que la densité, la vitesse moyenne et la température. Ces quantités ne dépendent que de la position x et du temps t. Le coût numérique est ainsi réduit, mais la précision s'en trouve altérée. Dans la première partie de cette thèse, une méthode multi-fluides est utilisée pour la résolution du système de Vlasov-Poisson 1D. Elle est basée sur la connaissance a priori de la forme prise par la fonction de distribution f. Deux possibilités sont étudiées : une somme de masse de Dirac et le modèle multi-water-bag. Ce type de méthodes est plutôt adapté aux systèmes restant proches de l'état d'équilibre. La deuxième partie propose de décomposer f en une partie d'équilibre et une perturbation. L'équilibre est résolu par une méthode fluide alors que la perturbation est résolue par une méthode cinétique. On construit notamment un schéma préservant l'asymptotique pour le système de Vlasov-Poisson-BGK, basé sur une telle décomposition. On étudie dans la troisième partie la méthode Particle-In-Cell (PIC) en géométrie 2D axisymétrique. Un travail basé sur l'analyse isogéométrique est présenté, ainsi qu'un code PIC - Galerkin Discontinu parallélisé sur carte graphique (GPU). Cette architecture permet de réduire de manière significative les temps de calculs.

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Gueroult, Renaud. "Étude d'une source d'ions obtenue par extraction et accélération à partir d'une source plasma filaire". Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/64/68/21/PDF/these.pdf.

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Abstract (sommario):

L'objet de ce travail consiste dans un premier temps en la modélisation d'une source plasma filaire en régime continu basse pression, puis, dans un second temps, en la caractérisation des propriétés d'une source d'ions développée sur la base de la source plasma préalablement étudiée. Un code particulaire permettant de modéliser le fonctionnement de la source plasma est ainsi développé, puis validé par comparaison avec les résultats d'une étude expérimentale. A la lueur des résultats de simulation, une analyse de la décharge en termes d'écoulement ionique de Child-Langmuir collisionnel en géométrie cylindrique est proposée, permettant alors d'interpréter la transition de mode comme une réorganisation naturelle de la décharge lorsque le courant de décharge excède un courant limite fonction de la tension de décharge, de la pression et de l'espace inter-électrodes. L'analyse de la fonction de distribution en énergie des ions impactant la cathode met par ailleurs en évidence la possibilité d'extraire un faisceau d'ions de faible dispersion en énergie autour de la tension de décharge, et ce sous réserve d'opérer la décharge dans son mode haute pression. Un prototype de source d'ions permettant l'extraction et l'accélération d'ions à partir de la source filaire est alors proposé. L'étude expérimentale d'un tel dispositif confirme le fait que l'adjonction d'un processus d'accélération se traduit par un simple décalage de la fonction de distribution en vitesse des ions d'une valeur correspondant à la tension d'accélération, mais ne l'élargit pas. Il est ainsi possible de produire des faisceaux d'ions de diverses espèces ioniques, d'énergie modulable (0-5 keV) et de dispersion en énergie limitée (~ 10 eV). Les courants de faisceau mesurés sont de quelques dizaines de micro-ampères, et la divergence d'un tel faisceau est de l'ordre du degré. Une modélisation numérique de cette source d'ions est finalement entreprise afin d'identifier de possibles optimisations du concept proposé
In this study we first model a DC low pressure wire plasma source and then characterize the properties of an ion gun derived from the plasma source. In order to study the properties of the derived ion gun, we develop a particle-in-cell code fitted to the modelling of the wire plasma source operation, and validate it by confrontation with the results of an experimental study. In light of the simulation results, an analysis of the wire discharge in terms of a collisional Child-Langmuir ion flow in cylindrical geometry is proposed. We interpret the mode transition as a natural reorganisation of the discharge when the current is increased above a threshold value which is a function of the discharge voltage, the pressure and the inter-electrodes distance. In addition, the analysis of the energy distribution function of ions impacting the cathode demonstrates the ability to extract an ion beam of low energy spread around the discharge voltage assuming that the discharge is operated in its high pressure mode. An ion source prototype allowing the extraction and acceleration of ions from the wire source is then proposed. The experimental study of such a device confirms that, apart from a shift corresponding to the accelerating voltage, the acceleration scheme does not spread the ion velocity distribution function along the axis of the beam. It is therefore possible to produce tunable energy (0-5 keV) ion beams of various ionic species presenting limited energy dispersion (~ 10 eV). The typical beam currents are about a few tens of micro-amperes, and the divergence of such a beam is on the order of one degree. A numerical modelling of the ion source is eventually conducted in order to identify potential optimizations of the concept

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Michaud, Julien. "Effet des déflecteurs électrostatiques et des champs de fuite associés sur la cohérence de spin pour la mesure du moment électrique dipolaire du proton sur anneau de stockage". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY031.

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Abstract (sommario):

Les accélérateurs de particules sont aujourd’hui un des moyens les plus efficaces pour sonder la matière et les éléments qui la composent.La collaboration JEDI propose de mesurer la valeur du moment électrique dipolaire (EDM) du proton (voire deuton) avec une précision plusieurs ordre de grandeur supérieure au limites actuelles, par le moyen d’un anneau de stockage.La mesure d’un moment électrique dipolaire permanent permettrait l’ajout de sources de violation de CP supplémentaires. La violation de la symétrie CP est une des trois conditions nécessaires à l’explication de l’asymétrie matière/antimatière de l’Univers.En vue de parvenir à une telle précision, les particules doivent être stockées pendant une longue durée dans des champs électriques et/ou magnétiques : dans le cas de particules chargées, un anneau de stockage se présente comme une excellente solution.Un des principaux défis consiste à conserver la polarisation en spin du faisceau pendant toute la durée de l’expérience. Un excellent contrôle des systématiques et de la dynamique de spin sont alors obligatoires.Les déflecteurs électrostatiques utilisés dans l’expérience à la fois pour guider les particules et pour entraîner la précession du spin liée à la présence d’EDM, sont source d’erreurs systématiques et de décohérence de spin. La partie interne des déflecteurs, et aussi leurs champs de fuite doivent être compris et maîtrisés, en termes de trajectoires et de dynamique de spin. Ma thèse fournit un modèle pour le calcul de champ, trajectoires et dynamique de spin dans un déflecteur électrostatique.La première partie est dédiée au contexte autour de la mesure d’EDM, et se précisera sur le cas particulier de la mesure proposée par JEDI. L’équation de précession du spin sera présentée ainsi que les objectifs de la thèse.La seconde partie décrit en détails tous les outils analytiques ou semi-analytiques qui ont été développés pour répondre à nos besoins spécifiques. Ces outils seront ensuite utilisés dans la partie suivante.La troisième partie concerne les résultats et l’élaboration du modèle de champs, de trajectoire et de spin. Le modèle de champ, établi part transformation conformes, est un modèle universel dépendant uniquement du ration gap/rayon du déflecteur.Il prend en compte les conditions aux limites telles qu’une chambre à vide ou un diaphragme.Le résolution des équations du mouvement se fait à partir des équations d’Hamilton, au second order, par une méthode perturbative et en utilisant la méthode de la variation des constantes.La dynamique de spin, quant à elle, est obtenue par la résolution de l’équation Thomas-BMT par une méthode perturbative. Les fonctions de transfert obtenues dépendent des coordonnées de l’espace des phases à l’entrée du déflecteur. Elles sont totalement analytiques dans le cas de la partie centrale du déflecteur, et semi-analytiques pour les champs de fuites, où elles font intervenir une liste d’intégrales particulières, calculées avant la simulation.La dernière partie concerne l’analyse et le test du modèle à l’aide d’un code de calcul appelé BMAD
Particle accelerators are one of the most efficient ways to study matter andelementary particles, as proved by the recent discovery of the Higgs Bosonon the Large Hadron Collider.The JEDI collaboration propose to measurethe value of the proton electric dipole moment (EDM) with a precision of〖10〗^(-29) e.cm using a storage ring.A measurement of such a value of EDM, above the extremely small predictionof Standard Model would lead to new physics, by adding an additionalsource of CP violation. The CP violation is one of the three conditionsnecessary to explain the un-understanded asymetry between matter andantimatter in the universe.In order to achieve this 〖10〗^(-29)e.cm precision, one need to store the measuredparticles for many seconds in an electric field : a storage ring appearsas an ideal solution for charged particles. One of the main issues consistsin keeping the beam spin-coherent during the whole duration of the measurement.An excellent control of systematics and understanding of thespin dynamics to perform this measurement are mandatory.The electrostatic deflectors used in the experiment to provide both bendingand EDM-induced spin precession could lead to systematic errors andspin decoherence. The internal part of the deflectors and especially theirfringe fields need to be understand, in terms of trajectories and spin dynamics.This thesis provide models for fields, trajectories, spin dynamics and alsoresults about the spin decoherence induced by the deflectors.The first part is dedicated to the context around EDM measurements,and will then focus on the storage ring method. Also a first approach tothe spin precession equation and spin coherence time will be done, and theproblematic about the electrostatic deflectors exposed.The second part describes in details the analytic or semi-analytic modelswe developed. The first model describes the electric fringe field of thedeflector, using conformal mapping.This model takes into account boundary conditions like the vacuum chamberor a diaphragm and propose universal formulas as a function of theratio between gap and radius. The second model concerns trajectories inthe deflector and the fringe fields.It is using an Hamiltonian integration, variation of parameters and quadratureformulas to integrate the previously found field. This is done at thesecond order.The last model is about spin dynamics and allows the user to compute thespin total precession in the deflector or the fringe fields by using a list ofintegrals of the field. The final spin transfer solution is a function of theinitial conditions (x,px,y,py,dz,_P/P) at the second order.The last part shows the implementation on BMAD and the differenteffects of deflectors/fringe fields on the spin coherence time

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Gueroult, Renaud. "Étude d'une source d'ions obtenue par extraction et accélération à partir d'une source plasma filaire". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00646821.

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Abstract (sommario):

L'objet de ce travail consiste dans un premier temps en la modélisation d'une source plasma filaire en régime continu basse pression, puis, dans un second temps, en la caractérisation des propriétés d'une source d'ions développée sur la base de la source plasma préalablement étudiée. Un code particulaire permettant de modéliser le fonctionnement de la source plasma est ainsi développé, puis validé par comparaison avec les résultats d'une étude expérimentale. A la lueur des résultats de simulation, une analyse de la décharge en termes d'écoulement ionique de Child-Langmuir collisionnel en géométrie cylindrique est proposée, permettant alors d'interpréter la transition de mode comme une réorganisation naturelle de la décharge lorsque le courant de décharge excède un courant limite fonction de la tension de décharge, de la pression et de l'espace inter-électrodes. L'analyse de la fonction de distribution en énergie des ions impactant la cathode met par ailleurs en évidence la possibilité d'extraire un faisceau d'ions de faible dispersion en énergie autour de la tension de décharge, et ce sous réserve d'opérer la décharge dans son mode haute pression. Un prototype de source d'ions permettant l'extraction et l'accélération d'ions à partir de la source filaire est alors proposé. L'étude expérimentale d'un tel dispositif confirme le fait que l'adjonction d'un processus d'accélération se traduit par un simple décalage de la fonction de distribution en vitesse des ions d'une valeur correspondant à la tension d'accélération, mais ne l'élargit pas. Il est ainsi possible de produire des faisceaux d'ions de diverses espèces ioniques, d'énergie modulable (0-5 keV) et de dispersion en énergie limitée (~ 10 eV). Les courants de faisceau mesurés sont de quelques dizaines de micro-ampères, et la divergence d'un tel faisceau est de l'ordre du degré. Une modélisation numérique de cette source d'ions est finalement entreprise afin d'identifier de possibles optimisations du concept proposé.

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Goutierre, Emmanuel. "Machine learning-based particle accelerator modeling". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASG106.

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Abstract (sommario):

Les accélérateurs de particules reposent sur des simulations de haute précision pour optimiser la dynamique du faisceau. Ces simulations sont coûteuses en ressources de calcul, rendant leur analyse en temps réel difficilement réalisable. Cette thèse propose de surmonter cette limitation en explorant le potentiel de l'apprentissage automatique pour développer des modèles de substitution des simulations d'accélérateurs de particules. Ce travail se concentre sur ThomX, une source Compton compacte, et introduit deux modèles de substitution : LinacNet et Implicit Neural ODE (INODE). Ces modèles sont entraînés sur une base de données développée dans le cadre de cette thèse, couvrant une grande variété de conditions opérationnelles afin d'assurer leur robustesse et leur capacité de généralisation. LinacNet offre une représentation complète du nuage de particules en prédisant les coordonnées de toutes les macro-particules du faisceau plutôt que de se limiter à ses observables. Cette modélisation détaillée, couplée à une approche séquentielle prenant en compte la dynamique cumulative des particules tout au long de l'accélérateur, garantit la cohérence des prédictions et améliore l'interprétabilité du modèle. INODE, basé sur le cadre des Neural Ordinary Differential Equations (NODE), vise à apprendre les dynamiques implicites régissant les systèmes de particules sans avoir à résoudre explicitement les équations différentielles pendant l'entraînement. Contrairement aux méthodes basées sur NODE, qui peinent à gérer les discontinuités, INODE est conçu théoriquement pour les traiter plus efficacement. Ensemble, LinacNet et INODE servent de modèles de substitution pour ThomX, démontrant leur capacité à approximer la dynamique des particules. Ce travail pose les bases pour développer et améliorer la fiabilité des modèles basés sur l'apprentissage automatique en physique des accélérateurs
Particle accelerators rely on high-precision simulations to optimize beam dynamics. These simulations are computationally expensive, making real-time analysis impractical. This thesis seeks to address this limitation by exploring the potential of machine learning to develop surrogate models for particle accelerator simulations. The focus is on ThomX, a compact Compton source, where two surrogate models are introduced: LinacNet and Implicit Neural ODE (INODE). These models are trained on a comprehensive database developed in this thesis that captures a wide range of operating conditions to ensure robustness and generalizability. LinacNet provides a comprehensive representation of the particle cloud by predicting all coordinates of the macro-particles, rather than focusing solely on beam observables. This detailed modeling, coupled with a sequential approach that accounts for cumulative particle dynamics throughout the accelerator, ensures consistency and enhances model interpretability. INODE, based on the Neural Ordinary Differential Equation (NODE) framework, seeks to learn the implicit governing dynamics of particle systems without the need for explicit ODE solving during training. Unlike traditional NODEs, which struggle with discontinuities, INODE is theoretically designed to handle them more effectively. Together, LinacNet and INODE serve as surrogate models for ThomX, demonstrating their ability to approximate particle dynamics. This work lays the groundwork for developing and improving the reliability of machine learning-based models in accelerator physics

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Vireton, Eric. "Contribution à la modélisation de la pulvérisation par faisceaux d'ions". Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10132.

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Abstract (sommario):

En utilisant les résultats sur l'interaction ion-matière, nous avons modélisé la pulvérisation par faisceaux d'ions d'énergie voisine du keV, dans le regime des collisions linéaires, selon les trois approches suivantes : analytique, semi-empirique et simulée. Des corrections à l'approche analytique ont permis un meilleur accord avec l'expérience. Les predictions de l'approche semi-empirique, confrontées à l'expérience, ont donné des résultats satisfaisants dans le cas des cibles monoéléments. Des listes de paramètres d'entrée, pour le programme de simulation employé, ont été proposées pour des cibles mono-éléments, semi-conductrices et d'oxydes binaires. Un raisonnement itératif simulé, validé par l'expérience, a prévu les cibles stationnaires d'oxydes binaires. Pour prédire les profils d'épaisseur déposée sur des substrats fixes puis mobiles, un modèle simulé s'appuyant sur des considérations géométriques à été mis au point, confronté à l'expérience et a donné des résultats qualitatifs voire quantitatifs très satisfaisants. Le modèle proposé rend possible la recherche d'une géométrie optimale pour la réalisation de dépôt de couches minces très homogènes en épaisseur sur des substrats de diamètres élévés dans les techniques I. B. S. Et D. I. B. S.

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Foudhil, Hadjira. "Développement d'un modèle numérique de dispersion atmosphérique de particules à l'échelle d'un paysage hétérogène". Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12525.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse a pour objet le développement d'un modèle numérique de dispersion de particules biotiques, basé sur la résolution des équations de la couche limite atmosphérique. L'accent est porté sur l'élaboration d'un code capable de simuler des écoulements pour des configurations de paysages hétérogènes, car la dispersion des particules est fortement influencée par la structure même du paysage. Le modèle dynamique utilise les équations de Reynolds simplifiées dans le cadre des hypothèses de Boussinesq et la turbulence est traitée par une approche statistique (modèles k-l et k-s). Le système d'équations mis en place permet de modéliser les principaux processus physiques à deux échelles différentes : la modélisation à grande échelle s'appuie sur la théorie de similitude de Monin et Obukhov, qui permet d'élaborer des lois de paroi pour simuler les transferts turbulents entre la surface apparente et la basse atmosphère ; la modélisation à l'échelle du couvert amène à résoudre explicitement l'écoulement dans la sous-couche rugueuse, définie par une canopée végétale, jusqu'à la surface du sol. La dispersion des particules est traitée par une approche eulérienne, qui considère l'ensemble des particules dans l'écoulement comme un champ de concentration continu, dont l'évolution est décrite par une équation de convection-diffusion. Le code de calcul est d'abord validé à partir de données expérimentales acquises dans diverses configurations, en soufflerie comme in situ : transition de rugosité de surface, turbulence en couvert homogène, alternances couvert-clairière-couvert, diffusion de spores en couvert homogène, diffusion de pollen en paysage discontinu. Une série de simulations est ensuite menée pour analyser l'influence de la structure de divers paysages complexes sur la dispersion de particules.

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Dénes, Bejat Tímea. "Contribution expérimentale et numérique à l'étude du dépôt des particules fines dans les cavités ventilés". La Rochelle, 2007. http://www.theses.fr/2007LAROS214.

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Abstract (sommario):

Notre contribution à l’étude des polluants particulaires apporte un complément à la fois expérimental et numérique à la connaissance existante sur la qualité de l’air intérieur dans les locaux ventilés. Dans un premier temps, nous avons réalisé un état de l’art des études existantes sur la dispersion et le dépôt des particules fines dans les cavités ventilées. Notre contribution expérimentale a été dédiée à la réalisation d’expérimentations sur le dépôt des particules dans deux cellules de rapport d’échelle 1 à 4. Nos travaux mettent en évidence la dispersion des résultats issus de la bibliographie et la difficulté de comparer des résultats issus de cellules de tailles différentes. Dans chaque cas nous avons étudié le dépôt, en fonction à la fois de la configuration de ventilation et du taux de renouvellement d’air. Au cours d’une analyse numérique plus détaillée, nous avons déterminé d’abord le mouvement de la phase fluide puis la dispersion et le dépôt des particules fines dans des cavités ventilées. Dans un premier temps, nous avons utilisé une méthode lagrangienne développée au laboratoire où nous avons intégré les effets de la diffusion brownienne, mais cette approche devient rapidement trop onéreuse et donc inopérante pour des particules de taille inférieure à 0,5 micromètres. C’est pour cette raison que nous avons testé par la suite une approche eulérienne qui paraît mieux adaptée pour les particules submicroniques. En effet, la comparaison des valeurs calculées avec celles mesurées dans les mêmes configurations souligne les bonnes performances de la méthode eulérienne pour cette taille de particule
Our contribution to particle pollution studies brings at the same time an experimental and a numerical complement to the existing knowledge on indoor air quality in buildings. At the beginning we made a state of art of previous studies on fine particle dispersion and deposition in ventilated cavities. Our experimental studies were dedicated to carrying out measurements on particle deposition in two test chambers in 1 to 4 size scale relation. Our contribution highlighted the dispersion of bibliographic results and the comparison difficulty between results coming from different scale chambers. In each case, we studied simultaneously the particle deposition in function of ventilation strategy and of air change rate. During a more detailed numerical analysis, first we determined the fluid flow pattern and then particle dispersion and deposition in the ventilated cavity. At the beginning we used a Lagrangian numerical code developed in our laboratory where we integrated Brownian diffusion effects, but this approach becomes rapidly too expensive thus ineffective for simulations concerning particles smaller than 0. 5 µm diameter. For this reason we tested an Eulerian approach which seemed to be more adapted for submicron sized particles. In fact, the calculated values in comparison with measured ones prove a better performance of the Eulerian method for this particle size interval

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Angilella, Jean-Régis. "Étude asymptotique et numérique de la modification de la turbulence par des particules inertielles". Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT124H.

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Abstract (sommario):

La mise en evidence de structures coherentes dans les petites echelles des ecoulements turbulents suggere que des mecanismes simples (en particulier la concentration de la vorticite et l'etirement tourbillonnaire) jouent un role important dans les transferts d'energie internes a l'agitation turbulente. Nous nous sommes interesses dans une premiere partie au processus de creation de telles structures a partir des resultats de simulations numeriques directes de turbulence homogene isotrope. Le suivi spatio-temporel de nappes de vorticite isolees au cur de l'ecoulement turbulent suggere que celles-ci produisent des filaments de vorticite par un processus de concentration de la vorticite similaire a celui decrit par neu a partir des modeles de nappe et de tourbillon de burgers. Les signatures spectrales des structures coherentes, etablies a l'aide de la transformation en ondelettes, suggerent que les filaments de vorticite ont une structure plus proche du tourbillon de burgers que du tourbillon spiral et etire de lundgren. L'extension du modele asymptotique de nappe de vorticite contrainte de neu au cas diphasique montre que des particules accumulees sur la nappe ont un effet stabilisateur, et s'opposent ainsi a la concentration de la vorticite. Ainsi les particules, qui sont sans effet sur les tourbillons de grande echelle, pourraient avoir un effet non negligeable sur les transferts d'energie internes a l'agitation turbulente

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Lanchier, Nicolas. "Systèmes de particules multicolores". Rouen, 2005. http://www.theses.fr/2005ROUES019.

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Abstract (sommario):

La plupart des modèles mathématiques introduits dans la littérature biologique décrivant des phénomènes spatiaux de populations en interaction consistent en des systèmes d'équations différentielles ordinaires obtenues sous des hypothèses de dispersion globale, excluant par conséquent toute structure spatiale. Les systèmes de particules, au contraire, sont des processus de Markov d'espace d'états FS où F est un ensemble fini de couleurs et S est une structure spatiale, typiquement Zd. Ils sont en ce sens parfaitement adaptés à l'étude des conséquences de l'inclusion d'une structure spatiale sous forme d'interactions locales. Nous étudions les propriétés mathématiques (mesures stationnaires, géométrie des configurations, transitions de phases) de différents systèmes de particules multicolores définis sur Zd. Chacun de ces systèmes est destiné à modéliser les interactions locales au sein d'une communauté de populations structurée spatialement. Plus précisément, les processus biologiques étudiés sont la succession écologique, l'allélopathie ou compétition entre une espèce inhibitrice et une espèce sensible, les interactions multispécifiques hôtes-symbiontes, et les migrations continues de gènes des cultures transgéniques par pollinisation en milieu hétérogène. Les techniques mathématiques sont purement probabilistes, incluant le couplage, la dualité, les arguments multi-échelle, la percolation orientée, les propriétés asymptôtiques des marches aléatoires, ou encore les estimations des grandes déviations
Most mathematical models in the biological literature that describe inherently spatial phenomena of interacting populations consist of systems of ordinary differential equations obtained under global dispersion assumptions, thus leaving out any spatial structure. Interacting particle systems are Markov processes with state space FS where F is a finite set of colors and where S is a spatial structure, typically Zd. They are ideally suited to study the consequences of the inclusion of a spatial structure in the form of local interactions. We investigate the mathematical properties (stationary distribution, geometry of the configurations, phase transitions) of various multicolour particle systems defined on Zd. Each of these systems is intended to model local interactions within a spatially structured community of populations. More precisely, the biological processes we investigate are ecological succession, allelopathy or competition between an inhibitory species and a susceptible species, multi-species host-symbiont interactions, and persistent gene flow from transgenic crops to wild relatives through pollination in a heterogeneous environment. The mathematical techniques are probabilistic, including coupling, duality, multiscales arguments, oriented percolation, asymptotic properties of random walks, and large deviations estimates

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Lesur, Maxime. "The Berk-Breizman Model as a Paradigm for Energetic Particle-driven Alfvén Eigenmodes". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00563110.

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Abstract (sommario):

Le succès de la fusion nucléaire par confinement magnétique repose sur un confinement efficace des particules alpha, qui sont des ions hautement énergétiques produits par les réactions de fusion. De telles particules peuvent exciter des instabilités dans le domaine de fréquence des modes d'Alfvén (AEs) qui dégradent leur confinement et risquent d'endommager l'enceinte à vide de réacteurs futurs. Afin de développer des diagnostiques et moyens de contrôle, une meilleure compréhension des comportements linéaire et non-linéaire des interactions résonantes entre ondes plasma et particules énergétiques, qui constitue le but de cette thèse, est requise. Dans le cas d'une résonance unique et isolée, la description de la déstabilisation des AEs par des ions énergétiques est homothétique au problème de Berk-Breizman (BB), qui est une extension du problème classique de l'instabilité faisceau, incluant un amortissement externe vers un plasma thermique, et des collisions. Un code semi-Lagrangien, COBBLES, est développé pour résoudre le problème aux valeurs initiales de BB selon deux approches, perturbative (delta f) et auto-cohérente (full-f). Deux modèles de collisions sont considérés, à savoir un modèle de Krook, et un modèle qui inclue la friction dynamique et la diffusion dans l'espace des vitesses. Le comportement non-linéaire de ces instabilités dans des conditions correspondantes aux expériences est catégorisé en régimes stable, périodique, chaotique, et de balayage en fréquence (sifflet), selon le taux d'amortissement externe et la fréquence de collision. On montre que le régime chaotique déborde dans une région linéairement stable, et l'on propose un mécanisme qui résout le paradoxe que constitue l'existence de telles instabilités sous-critiques. On développe et valide des lois analytiques et semi-empiriques régissant les caractéristiques non-linéaires de sifflet, telles que la vitesse de balayage, la durée de vie, et l'asymétrie. Des simulations de longue durée démontrent l'existence d'un régime de sifflets quasi-périodiques. Bien que ce régime existe quel que soit l'un des deux modèles de collision, la friction et la diffusion sont essentielles pour reproduire l'alternance entre sifflets et périodes de repos, telle qu'observée expérimentalement. Grâce à ces découvertes, on développe une nouvelle méthode pour analyser des paramètres cinétiques fondamentaux du plasma, tels que le taux de croissance linéaire et le taux d'amortissement externe. Cette méthode, qui consiste à faire correspondre les simulations de COBBLES avec des expériences d'AEs qui présentent des sifflets quasi-périodiques, ne requiert aucun diagnostique interne. Cette approche est appliquée à des AEs induits par la toroidicité (TAEs) sur les machines JT-60 Upgrade et Mega-Amp Spherical Tokamak. On obtient des estimations de paramètres cinétiques locaux qui suggèrent l'existence de TAEs relativement loin de la stabilité marginale. Les résultats sont validés en recouvrant la croissance et décroissance de l'amplitude des perturbations mesurées, et en estimant les fréquences de collision à partir des données expérimentales d'équilibre.

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Thill, Antoine. "Agrégation des particules : structure, dynamique et simulation : application au cas d'un écoulement stratifié : l'estuaire du Rhône". Phd thesis, Aix-Marseille 3, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00109390.

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Abstract (sommario):

Ce travail a pour objectif de comprendre et de mesurer les processus d'agrégation et leur impact sur le transport et le dépôt de matière à l'interface entre l'eau douce et l'eau de mer. Il combine des mesures de terrain au niveau de la zone de mélange du grand Rhône, des expériences de laboratoires et une étude numérique de l'agrégation.
En effet, afin de mener à bien cette étude, il a fallu développer de façon préliminaire différents outils. On a ainsi mis au point deux nouvelles méthodes de mesure expérimentale de la structure des agrégats qui échappent aux techniques existantes. Ces méthodes permettent, outre une meilleure connaissance du système, de développer et de valider un nouveau modèle de la cinétique de croissance des agrégats. Ce modèle numérique prend en compte la dimension fractale des agrégats ainsi que sa variabilité. Il est validé par confrontation à des données issues de la bibliographie et l'expériences.
Une étude de terrain dans l'estuaire du grand Rhône est menée dans des conditions hydrodynamiques contrastées (étiage, débit moyen et crue). Elle a permis d'obtenir, pour la première fois, une série de mesures de tailles de particules tout au long de la zone de mélange. Il est établi que les particules les plus grosses (supérieures à 5 microns) présentent une évolution contrôlée par la dilution, la sédimentation et
éventuellement la remise en suspension. Par contre, les particules plus petites (2 à 5 microns) montrent une augmentation de leur concentration le long de la zone de mélange. Dans les premiers temps du mélange, cette augmentation est liée à la fragmentation d'agrégats. Il est possible de montrer ensuite i) que l'agrégation des colloïdes ne peut expliquer cette augmentation que si ceux ci ne réagissent pas avec les fractions de tailles supérieures et présentent une réactivité très supérieure à la réactivité moyenne (alpha : 0.009) et ii) que la production primaire est un mécanisme probable pour expliquer cette augmentation.

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Tannous, Katia. "Contribution à l'étude hydrodynamique des lits fluidisés de grosses particules". Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT065G.

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Abstract (sommario):

Ce travail se rapporte d'une part a l'etude hydrodynamique des lits fluidises de grosses particules homogenes et d'autre part a celle des couches fluidisees de particules polydispersees. Pour le cas de particules homogenes, nous avons etudie l'influence de la nature du solide et les parametres geometriques du lit (diametre de la colonne et la hauteur du lit). Les resultats experimentaux ont permis de proposer des correlations pour estimer la vitesse et le degre de vide au minimum de fluidisation ainsi que l'expansion des couches. A partir de l'analyse des fluctuations de la chute de pression le long des lits, nous avons propose des correlations pour determiner les frontieres entre les differents regimes de fluidisation (pistonnage, turbulent et transport). Quant a la fluidisation des particules polydispersees, les essais ont ete realises avec des lots des particules ayant une distribution granulometrique de type rosin-rammler-sperling. Les parametres retenus ont ete l'etalement de la distribution granulometrique et le diametre moyen des lots. Nous avons propose des correlations permettant d'estimer les grandeurs hydrodynamiques telles que les vitesses initiale et complete de fluidisation, celle de segregation ainsi que l'expansion des couches

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Ben, Abdallah Naoufel. "Etude de modèles asymptotiques de transport de particules chargées : asymptotique de Child-Langmuir". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1994. http://www.theses.fr/1994EPXX0003.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, l'étude de l'asymptotique de Child-Langmuir (acl) est effectuée pour modéliser des dispositifs semi-conducteurs ou à plasma. Cette asymptotique s'applique quand les particules sont injectées dans le dispositif avec une vitesse très faible devant celle qu'elles acquièrent à la sortie après accélération par le champ électrique. Il se crée alors une couche limite au voisinage de la zone d'émission ou il y a une forte charge (charge d'espace). Cette charge crée une barrière de potentiel réfléchissant les particules peu énergétiques et provoque une saturation du courant qui ne peut excéder une valeur limite appelée courant de Child-Langmuir. Ceci est bien connu pour les diodes à vide. Dans cette thèse on commence par appliquer la méthode pour un dispositif n+-n-n+ unidimensionnel stationnaire. Par un adimensionnement des équations on se ramène à une perturbation singulière de l'équation de Boltzmann. On en dérive un problème réduit plus facile à résoudre que le problème initial. Après avoir analyse le problème réduit, on montre la convergence. Dans une deuxième partie on modélise l'extraction d'ions d'un plasma. Outre la vitesse d'injection des particules, le modèle comporte un 2e petit paramètre (la longueur de dbye). On montre l'existence d'une zone électriquement neutre à partir de laquelle les ions sont émis selon la loi de Child-Langmuir. Le dernier travail concerne les problèmes in stationnaires et multidimensionnels pour lesquels l'acl est remplacée par une approche intermédiaire appelée méthode de pénalisation. On montre alors l'existence de solutions pour Vlasov-Poisson dans un domaine borné ainsi que pour Vlasov-Poisson pénalisé. Outre l'intérêt des résultats analytiques obtenus dans les cas simplifiés, les travaux exposés dans cette thèse peuvent fournir des éléments pour la définition d'algorithmes numériques et notamment pour le traitement des conditions aux limites.

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Bacaud, Léonard. "Étude des méthodes de faisceaux pour la résolution de problèmes de grande taille issus de la gestion optimisée de la production d'électricité". Paris 1, 2001. http://www.theses.fr/2001PA010036.

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Abstract (sommario):

La première partie du travail présenté est consacrée à l'étude de variantes de la méthode des faisceaux. L'interprétation de la méthode des faisceaux par l'algorithme proximal a permis de montrer la convergence d'une variante de méthode de faisceaux construite à partir d'un algorithme proximal incorporant un pas de projection. Un second objectif de cette thèse a été d'étudier l'utilisation d'une méthode de faisceaux pour la résolution d'un problème réel d'optimisation issu de la gestion optimisée de la production d'énergie électrique. Une étude bibliographique sur les méthodes de résolution adoptées pour traiter les problèmes d'optimisation de la production d'électricité est d'abord présentée. Les problèmes à résoudre sont tous de très grande taille. Dans le travail présenté, nous avons choisi de nous concentrer sur la méthode de décomposition par les prix qui est une relaxation lagrangienne des contraintes couplant les unités de production du système électrique. Différentes études ont été faites pour adapter la méthode des faisceaux à la résolution du problème dual issu de cette décomposition. En particulier, on s'est intéressé à l'étude du conditionnement du problème dual lorsqu'il est possible de définir un hessien. Ceci nous a permis de trouver un changement de produit scalaire permettant d'améliorer la résolution des problèmes de gestion optimisée de la production en avenir incertain. Un autre aspect important abordé a été la prise en compte de contraintes de bornes sur les variables duales. Leur prise en compte a été envisagée directement dans la méthode des faisceaux de deux façons différentes et par l'introduction de variables d'écart dans le problème primal lorsque c'est possible. Enfin, le dernier objectif était de tester les résultats des études menées sur des exemples académiques mais aussi sur des cas réels d'optimisation sur le parc électrique français. Cette partie nous a permis de valider les résultats théoriques obtenus, l'importance d'utiliser un bon changement de métrique dans l'espace dual a été démontrée.

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Luu, Trung Kien. "Approche par changement d'échelle des caractéristiques rhéologiques d'une suspension de particules dans un fluide à seuil". Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005508.

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Belhadji, Lamia. "Systèmes à une infinité de particules en interaction et modèles d'épidémies". Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES016.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse nous considérons deux approches pour étudier la propagation d'une maladie contagieuse au sein d'une population structurée spatialement et divisée en regroupements sociaux. On suppose que chaque site du réseau Zd est occupé par un regroupement d'individus, chacun de ces individus pouvant être sain ou malade. Suivant que nous considérons deux populations, les individus sains et les individus malades ou seulement celle des individus malades, plusieurs modèles sont proposés pour étudier des phénomènes d'épidémies. La première approche utilisée est celle des limites hydrodynamiques : passage du niveau microscopique au niveau macroscopique, elle repose sur une normalisation de l'espace et du temps ; en utilisant la méthode de l'entropie relative nous montrons que les mesures empiriques de répartition des individus convergent vers une mesure déterministe. La deuxième approche est au niveau microscopique, le but est détudier l'existence de mesures stationnaires non triviales
In this thesis we consider two approaches to study the spread of infectious diseases within a apatially structured population distributed in social clusters. Each site of the d-dimensional integer lattice Zd is occupied by a cluster of individuals, each indidual is healthy or infected. According wether we consider only the population of infected individuals or both populations of infected and healthy, several models are given to study the epidemic phenomena. Our first approach is the derivation of hydrodynamics units : going from the microscopic level to the macroscopic one, it relies on a rescaling of space and time. By using the relative entropy method we prove that the empirical measures converge to a deterministic measure. Our second approach is at microscopic level ; its goal is to determine the existence of non trivial stationary measures

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Colombel, Emilie. "Cristallisation et agglomération de particules d'hydrate de fréon dans une émulsion eau dans huile. Etude expérimentale et modélisation". Saint-Etienne, EMSE, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00372517.

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Abstract (sommario):

Ce travail traite du problème du bouchage des pipelines par des particules d’hydrates de gaz dans la production de pétrole. Les hydrates de gaz sont des composés cristallins qui se forment à partir de l’association d’eau et de molécules de gaz à haute pression et basse température. De telles conditions thermodynamiques sont rencontrées pendant la production et le transport de pétrole, particulièrement en offshore profond ou dans des zones froides. A cause de ce processus d’agglomération, l’apparition d’hydrate peut mener à la formation de bouchons. Cette étude à pour but d’améliorer la compréhension de ce mécanisme d’agglomération, dans le cas d’une émulsion eau dans huile. Par conséquent, l’agglomération des particules de glace et d’hydrate est comparée. L’agglomération des particules de glace et d’hydrate de trichlorofluoromethane ou fréon (CCl₃F) dispersées dans le xylène avec des asphaltènes comme tensioactif est choisie comme système modèle. Comme les hydrates de trichlorofluoromethane (CCl₃F) sont stables à pression atmosphérique, ils permettent d’utiliser des techniques d’analyses sans être limité par les conditions de pression. La technique de Résonance Magnétique Nucléaire RMN est utilisée. La grande différence entre le temps de relaxation des solides et des liquides est utilisée afin de contrôler in situ le rapport entre la quantité d’entités (hydrogène ou fluor) solides et total en fonction du temps et des conditions contrôlées de cisaillement. Ainsi, une étude cinétique est réalisée, ce qui permet de connaître la quantité de glace ou d’hydrate formée ; La viscosité apparente du système, pendant la cristallisation et le bouchage, est également suivie grâce à des mesures rhéologiques afin de caractériser l’agglomération des particules. Pour compléter cette étude, des observations en microscopie optique avec une cellule thermostatée est utilisée afin d’obtenir des observations directes de l’agglomération. Cette approche expérimentale nous permet de discuter des différents mécanismes d’agglomération de la glace et de l’hydrate dans une phase hydrocarbure et de les modéliser
This work deals with the problem of pipeline blockage by gas hydrates during oil production. Gas hydrates are crystals resulting from water and gas molecules association under high pressure and low temperature conditions. Such thermodynamical conditions are generally encountered in oil production, particularly for deep offshore fields or cold areas. Due to agglomeration process, hydrate occurrence leads to plug formation. The main objective of this study is to improve our understanding in the mecanisms involved in the agglomeration process, particularly for water in oil emulsions. Results have allowed us to supply a theorical model of agglomeration. A model system of Ice and Freon hydrates dispersed in xylene with asphaltenes as surfactant is used. As Freon hydrates form under atmospheric pressure at low temperature, it allows us to apply different techniques without being limited by pressure conditions. The Nuclear Magnetic Resonance (NMR) technique is mainly used. It makes the measurement of the ratio between solid hydrogene or fluorine in ice or hydrate and total hydrogen or fluorine in the sample possible - enabling to know the quantity of formed ice or hydrates. Thus, a kinetic study is realized, enabled to know the quantity of ice and hydrate formed. To complete this work, optical microscopy with cooling cell is used to get direct observations of agglomeration. The rheometry technique is also used. It enables us to study the evolution of the apparent viscosity of the system during ice or hydrate formation and plugging. These techniques can also be applied to study real systems like methane hydrates in crude oils under field conditions. Moreover, an interpretation, which couples rheology, crystallisation and agglomeration, is studied and leads to a model

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Ribière-Tharaud, Nicolas. "Amélioration des méthodes de qualification des véhicules automobiles en CEM : applications aux faisceaux de câbles". Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112213.

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Quittau, François. "Vers un comportement de synthèse de particules cohésives par une approche de nanomécanique". Toulouse, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAT0035.

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Abstract (sommario):

Ce travail est une tentative d'aborder le comportement mecanique de materiaux coherents a partir des connaissances fines de la matiere. Cette approche tend a donner une base physique a l'etude des lois de comportement phenomenologiques, etude qui devient particulierement difficile dans le cas de materiaux heterogenes le long de chemins de chargement thermo-hydro-mecaniques et physico-chimiques complexes. En partie 1 du memoire, on trouvera un condense des connaissances fondamentales sur la structure de la matiere, oriente vers la description des argiles qui est le materiau coherent de reference en genie civil. En partie 2, on aborde l'aspect quantitatif de la description fine de la matiere grace a la notion d'interactions entre entites atomiques et moleculaires, aspect a la base de toute tentative de modelisation. En partie 3, les donnees quantitatives de la partie 2 sont appliquees au probleme de simulation numerique de structures naturelles, en vue de valider les lois d'interactions proposees. En partie 4, sur la base des lois d'interaction de la partie 2, on aborde l'etude du comportement des structures de synthese construites en partie 3, grace a des experiences numeriques de comportement. En conclusion sont exposes les espoirs que peuvent faire naitre ces premiers resultats de nanomecanique

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Nagy, Katalin. "Limites hydrodynamiques et fluctuations à l'équilibre pour des systèmes de particules en interaction". Paris 9, 2006. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=2006PA090011.

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Abstract (sommario):

Cette thèse traite de trois modèles différents de systèmes de particules en interaction. Dans la première partie de la thèse nous présentons une preuve élémentaire du théorème de la limite centrale pour la marche aléatoire en milieu aléatoire en dimension un et nous prouvons la limite hydrodynamique de l'exclusion simple symétrique en milieu aléatoire. Dans la deuxième partie nous étudions un modèle hyperbolique attractif de gaz sur réseau. À l'aide de la méthode de compacité par compensation, des inégalités de Sobolev logarithmiques et de l'inégalité d'entropie de Lax nous démontrons l'existence et l'unicité de la limite hydrodynamique même dans le régime des chocs. Dans la troisième partie de la thèse nous étudions un système d'oscillateurs harmoniques avec bruit multiplicatif. Nous prouvons que les fluctuations à l'équilibre des champs conservés (énergie et déformation) sous une renormalisation diffusive sont décrites par une paire de processus d'Ornstein-Uhlenbeck généralisés
This thesis concerns three different models of interacting particle systems. In the first part of the thesis we give an elementary proof of the central limit theorem for one dimensional symmetric random walk in random environment and we derive the hydrodynamic limit of the symmetric simple exclusion in random environment. In the second part we investigate a hyperbolic and non-attractive lattice-gas model. By means of the method of compensated compactness, logarithmic Sobolev inequalities and the Lax entropy inequality we prove existence and uniqueness of the hydrodynamic limit even in the regime of shocks. In the third part of the thesis we consider a system of harmonic oscillators with multiplicative noise. We show that the equilibrium fluctuations of the conserved fields (energy and deformation) at a diffusive scaling are described by a couple of generalized Ornstein-Uhlenbeck processes

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Jouon, Aymeric. "Hydrodynamique et transport de particules en suspension dans le lagon Sud-ouest de Nouvelle-Calédonie". Toulon, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUL0010.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une étude conduite depuis plusieurs années par l'IRD qui vise à mieux connaître les processus de l'hydrodynamique et du transport d'éléments dissous et de particules dans le Lagon Sud-Ouest de Nouvelle Calédonie (SINC). Les travaux présentés s'appuient sur des mesures de terrain el la modélisation numérique. Le premier volet de la thèse vise à synthétiser l'abondante information produite par un modèle numérique hydrodynamique (MAKS3D). Des indices relatifs au renouvellement des masses d'eau et ayant la dimension d'un temps, communément appelés temps de résidence, sont élaborés à partir d'outils numériques. La signification de ces indices, leur mode de calcul et leur application au SINC sont exposés. Plusieurs applications mettent en évidence les effets de l'hydrodynamique sur des processus biologiques et biochimiques. Hors période de crue, les sédiments fraîchement déposés constituent la principale source de particules en suspension. Les tensions de cisaillement provoquées par les effets combinés de la houle et du courant provoquent leur remise en suspension. Pour les calculer en tout point, il est nécessaire de simuler précisément le champ de vagues. La seconde partie de la thèse est consacrée. Pour cela, le modèle de houle Wavewatch est adapté au SLNC et validé par des mesures directionnelles de vagues. Le troisième et dernier volet de la thèse est focalisé sur la détermination des propriétés physiques des particules en suspension. Ces paramètres (concentration par classe granulométrique. Densité, vitesse de chute) sont nécessaires : pour modéliser le transport des particules. Ce travail s'appuie sur des mesures in siiu et des expériences en laboratoire réalisées à l'aide d'un granulomètre laser. Les résultats mettent eu évidence l'importance de la bio agrégation en milieu corallien
This thesis participates to a study that has been lead for several vears by IRD which aims increased knowledge of hydrodynamics and transport of dissolved substances and particles on the South-west Lagoon of New Caledonia (SLNC). This work stands on field measurements and numerical modelling. The first step of this thesis is an attempt to Synthesise the great amount of data produced by a numerical hydrodynamic model (MARS3D). Indexes having the dimension of time and related to the renewal of water masse Mere computed from numerical Tools applied to the In drodynamic model. The computation methods, the significance and the application of these indexes to the Southwest Lagoon of New-Caledonia (SLNC) are exposed. Examples of application of these indexes aiming to quantity the influence of hydrodynamics on biological processes are shown. Out of flooding periods, the re-suspension of freshly deposited sediments is the main source of suspended particles! on the SLNC. The combined actions of waves and currents induce a bottom shear stress that is responsible for particle re-suspension. In order to access the wave field characteristics, a wave model (WavewatchlII) was implemented over the SLNC. It was \alidated by in situ directional measurements of the wave field. The last part of this thesis focuses on the determination of physical properties of suspended particles such as particle si/e distributions, density, and fall velocit), are compulsory to model particle transport. I his work stands on in situ measurements and laboratory experiences performed with laser particle si/e anal\ser. Results emphasis the importance of bio-aggregation in a coral reef ecosystem

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Compère, Fabrice. "Transport et rétention de particules argileuses en milieu poreux saturé : approches expérimentales et numériques". Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2301.

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Abstract (sommario):

Les particules colloidales sont impliquees dans de nombreuses problematiques liees a l'hydrogeologie. Les particules argileuses, de part leur presence dans les eaux souterraines et leur forte capacite d'adsorption, sont des vecteurs potentiels de co-transport qui ne peuvent etre negliges. Dans ce travail, le transport et la retention de particules argileuses en milieu poreux sature sont etudies aux points de vue experimental et numerique. Des injections continues d'une suspension de smectites ont ete realisees sur des colonnes de laboratoire remplies d'un sable tres fin. Le transport colloidal est simule numeriquement a deux echelles : - une echelle microscopique, par approche lagrangienne et resolution des equations de langevin ; - une echelle macroscopique selon une equation de convection/dispersion et interaction. Deux types de comportement sont mis en evidence : - un regime stabilise, ou la concentration en sortie de colonne atteint un plateau ; - une augmentation de la retention au cours du temps, pour les forces ioniques les plus elevees et/ou a faible debit. Une augmentation de la force ionique et/ou une diminution de la vitesse d'ecoulement engendrent un accroissement de la retention des particules. Le parametre cinetique d'adsorption irreversible utilise dans l'approche macroscopique augmente logiquement avec la force ionique mais diminue avec la vitesse d'ecoulement. L'approche microscopique est utilisee afin de reinterpreter les resultats experimentaux. La determination des efficacites de capture et de collision a l'echelle du grain permet de decrire de facon satisfaisante les resultats experimentaux.

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Gareau, Alain. "Utilisation des systèmes de particules pour la simulation de phénomènes naturels : présentation d'une architecture permettant l'intégration de systèmes animés hétérogènes". Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10089.

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Abstract (sommario):

Les systemes permettant la simulation de phenomenes naturels se sont rapidement transformes en systemes a effets speciaux inseres dans des sequences reelles. En utilisant une architecture appropriee, nous montrons qu'il est possible de faire interagir automatiquement dans un meme systeme des objets de types differents (geometriques purs, rigides, deformables, naturels,), et que les effets speciaux peuvent etre vus comme des objets classiques de l'animation. Pour cela, l'architecture doit controler les differents objets de facon unifiee. Nous avons ete conduit a faire les choix suivants: ? utiliser un modele agent pour la representation des objets, ? faire communiquer les agents par envois de messages, ? utiliser la notion de force comme moyen d'interaction unique. Une plate-forme de test a ete realisee et a montree l'utilisabilite d'un systeme de ce type (performances, souplesse, robustesse). Notre objectif etant la simulation de phenomenes naturels nous avons etudie plus particulierement les systemes de particules car ils sont tres bien adaptes a ce type de simulations. Un agent de ce type a ete cree permettant d'obtenir: des nuages, la pluie, des objets fortement deformables pour tester les interactions avec des objets plus classiques (rigides), nous avons cree l'agent de type objet rigide. Ce travail a montre qu'il est possible d'integrer differents types de modeles animes dans un meme systeme. Il suffit que l'on soit capable de fournir pour chacun une interface unifiee qui utilise des forces pour les interactions. Ceci permet de mettre en commun les nombreux moteurs realises pour creer des scenes complexes tout en gardant une architecture simple

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Belkhelfa, Yazid. "Etude du comportement dynamique et du transfert de matière et de chaleur entre des particules sphériques et un écoulement laminaire ou turbulent". Electronic Thesis or Diss., Rouen, INSA, 2008. http://www.theses.fr/2008ISAM0013.

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Abstract (sommario):

A caractérisation de l’écoulement, du transfert de chaleur et de masse lors du déplacement de gouttelettes de diamètre inferieur au millimètre dans un milieu extérieur font l’objet de notre étude. La première partie présente l’état de l’art des connaissances théoriques et expérimentales des comportements aérodynamiques ainsi que les mécanismes de transfert thermiques et massiques intervenant entre une phase dispersée et une phase continue. La deuxième partie est consacrée à l’étude du phénomène d’évaporation d’une gouttelette mono-dispersée en chute libre dans l’air. Pour cela, nous avons réalisé un dispositif expérimental. Les mesures, nous permettent de prédire l’évaporation de la gouttelette en fonction des caractéristiques physico-chimiques et de l’hygrométrie du milieu extérieur. Pour la modélisation du transfert de chaleur et de masse nous avons utilisé un modèle simple qui tient en compte du couplage entre le mouvement et les phénomènes de transferts, validé dans une précédente étude au sein du laboratoire. Un bon accord est observé. La troisième partie traite de la simulation numérique de l’interaction entre les particules sphériques dans un régime laminaire. Tout d’abord, nous avons proposé et validé un modèle simple qui ne tient pas en compte des phénomènes d’interaction. Les résultats obtenus sont en concordance avec la littérature. Par la suite, nous avons étudié l’interaction entre trois particules identiques et co-alignées. Ce modèle tient compte de la nature de la particule, du nombre du Reynolds et de la distance de séparation. Nous avons validé ce travail par une comparaison avec une étude précédente que nous avons généralisé. La dernière partie est cernée sur l’étude de la dispersion des gouttelettes dans un écoulement turbulent homogène et isotrope. Pour cela, nous avons proposé un modèle Lagrangien de suivi des trajectoires. La production de la turbulence est assurée par une condition de turbulence de grille. Nous avons considéré que les caractéristiques moyennes de l’écoulement fluide sont connues. La sélection des fluctuations de vitesse turbulente est assurée par une méthode probabiliste gaussienne que nous avons développée. La fluctuation est conservée durant un certain temps lié à turbulence, elle est renouvelée au cours du calcul. Ce renouvellement est donné par le temps caractéristique de turbulence
The characterization of flow, mass and heat transfer during moving droplets of diameter inferior to the millimetre makes the object of our study. In the first part, we present the theoretical and experimental knowledge. In the second part, we studied the evaporation of a free falling droplet in the air. In the third part, we make a simulation of the interaction between the spherical particles in laminar flow. This model takes into account the nature of the particle, the Reynolds number and the separation distance. In the last part, we study the dispersion of droplets in a homogeneous and isotropic turbulent flow

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Thiam, Ngueye. "Simulation des ondes lumineuses par une combinaison de la méthode de propagation par faisceaux et d'une discrétisation par éléments finis". Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23711/23711.pdf.

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Boichot, Raphael. "Filtration des particules issues des moteurs Diesel par matrices fibreuses plongées dans un champ électrique". Chambéry, 2005. http://www.theses.fr/2005CHAMS008.

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Abstract (sommario):

La filtration des particules diesel est un enjeu industriel et environnemental majeur depuis la découverte des effets cancérigènes de ces particules et l'avènement des réglementations drastiques Euro IV (2005) et V (2008-2010). Le but de cette étude est de montrer la faisabilité industrielle d'une filtration de ces particules sur un support métallique fibreux plongé dans un champ électrique. Le procédé prend la forme d'un électrofiltre fil-cylindre à contre-électrode poreuse à travers de laquelle passe tout le gaz traité. Il a été montré que ce procédé pouvait avantageusement être utilisé comme agglomérateur de particules et permettait un glissement de taille d'un facteur 50 des particules diesel. Le procédé, de par sa conception originale, permet de travailler avec des temps de séjour de quelques millisecondes et avec une forte intensité énergétique, ce qui entraîne par conséquent un volume extrêmement réduit compatible avec un montage sur véhicule. Sur un plan technique, le filtre électrostatique s'est montré peu tributaire des matériaux utilisés, en terme de matrices filtrantes et d'électrodes haute tension, mais très influencé par contre par la polarité de la haute tension et la qualité de l'isolation électrique. Les derniers essais avec un montage optimisé ont permis d'obtenir des abattements minimums de 90% en nombre de la phase particulaire submicronique diesel sur cycle NEDC avec des surconsommations carburant estimées de moins de 1%, ce qui correspond à peu près à une énergie volumique de 1 Joule par litre de gaz traité. Cette étude a permis de mettre au point un modèle mathématique de l'agglomérateur intégrant les toutes dernières avancées sur les méthodes numériques de résolution des équations de Maxwell en présence de charge espace, sur la prise en compte de la turbulence et sur le traitement des particules diesel comme amas fractaux. Le procédé est actuellement dans une phase d'industrialisation très avancée
The filtration of diesel particulate matter is a major industrial and environmental stake, since the discovery of carcinogenic effects of this kind of particles and the advent of Euro IV (2005) and Euro V (2008-2010) regulations. The aim of this study is to point out the industrial practicability of filtration of this particles by a fibrous media immersed in an electric field. The global shape of this process is a wire-to-cylinder electrostatic precipitator with an porous earth collecting electrode, the whole flow passing through it. It was shown that this process is essentially an agglomerator and not a filter, and that it allows an increase by 50 of the mean diameter of particles. The process, by its completely new and original shape, allows to work with only several millisecondes of residence time. The energetic intensity is so important that the whole volume is compatible with an installation on vehicles. On a technical point of view, the efficiency of this electrostatic agglomerator depends only little on the fibrous matrices or high voltage electrodes used. It is in return very influenced by the quality of electric insulation by ceramic plugs between the canning and high voltage electrodes, and by the discharge polarity. During the last tests with a very optimised agglomerator, we obtain a decrease of 90% in number of the submicronic particulate matter (on a NEDC cycle), with a fuel over-consumption of less than 1%, which corresponds to an "volumic energy” of about 1 Joule per litre. A mathematical model of agglomerator was constructed during this study, integrating the last recent improvements in numeric simulation of Maxwell's equations in presence of space charge, integrating the particle turbulence and taking into account the fractal dimension of diesel aerosol particles. The process is nowadays in an advanced industrialisation stage

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Levent, Emmanuel. "Modélisation de faisceaux ultrasonores en milieux anisotropes par décomposition en ondes planes". Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1093.

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Abstract (sommario):

Les essais non destructifs par ultrasons s'intéressent, à la demande de l'industrie, à des matériaux de plus en plus complexes. Ils nécessitent, tant pour la caractérisation de défauts que celle de matériaux, de prévoir et d'améliorer les faisceaux des transducteurs. Le modèle présenté ici fait appel à une décomposition du champ en ondes planes monochromatiques au niveau de la face avant du transducteur appelée encore droite de référence. Les caractéristiques et les amplitudes des ondes se propageant dans le milieu anisotrope sont déterminées respectivement à partir des lois de Snell-Descartes généralisées et par une projection du vecteur vitesse particulaire sur les vecteurs polarisation des ondes. Le faisceau est ensuite recomposé de manière classique suivant une droite parallèle à la référence. Le logiciel développé a permis, par une représentation originale du champ décrivant le mouvement réel des particules, de faire un certain nombre d'observations : polarisation résultante elliptique dans le champ proche et rectiligne dans le champ intermédiaire, déviation des faisceaux des ondes quasi-longitudinales et quasi-transversales, variation de la focalisation du champ en fonction du facteur d'anisotropie du milieu. La recomposition a ensuite été réalisée sur une droite non parallèle à la référence. Une rotation du référentiel a alors été nécessaire et s'est accompagnée d'un calcul de déterminant de jacobien. La perte de l'équirépartition des points de calcul a été résolue par un remaillage judicieux. L'étendue spectrale du faisceau a ainsi pu être optimisée. Le formalisme a enfin été étendu à d'autres cas de figure : contrainte imposée sur la droite de référence, milieu de propagation absorbant, transducteur à incidence oblique et transducteur focalisé. La prise en compte de ces deux derniers a permis d'évaluer de manière plus précise que par une méthode classique de trace de rayons, le champ acoustique généré lors des contrôles non destructifs.

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Zarrouk, Ziad Ben Mohamed. "Etude de la transition solide-liquide au sein d'un fluide thixotrope". Poitiers, 2010. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2010/Zarrouk-Ben-Mohamed-Ziad/2010-Zarrouk-Ben-Mohamed-Ziad-These.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce travail propose un modèle mathématique permettant de décrire le comportement thixotrope des suspensions de laponite. Ce modèle de comportement est élaboré afin de contrôler les propriétés physicochimiques de la suspension. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle simple cinétique découlant directement du modèle d'Herschel-Bulkley. Par la suite nous avons mis en avant le modèle à double cinétique développé au cours de ce travail. Par la suite grâce aux techniques de mesures rhéologiques classiques, les protocoles de détermination des paramètres de ces deux modèles ont été mis en place. Une étude à l'échelle locale du comportement du fluide permettait de mieux comprendre comment s'organise la structure de la suspension en écoulement. Dans cette perspective nous avons, grâce à la technique de vélocimétrie par images de particules (PIV), réalisé des mesures de champs de vitesses locales. Ceci nous a permis d'observer le comportement de la suspension dans ses différents états, en écoulement et au repos. De plus, cette étude nous a permis de mettre en évidence dans le cas de la géométrie employée "disques coaxiaux", la formation d'un cône statique dont la taille dépend de la vitesse imposée au disque tournant. L'étude de la validité et de la bonne adéquation du modèle développé passe par une étude comparative mettant en jeux d'une part le modèle déjà existant d'Herschel-Bulkley et notre modèle. Une étude numérique faisant appel au code de calcul commercial Star-CD a été effectuée. Les deux modèles utilisés ont été introduits dans le code et des simulations ont été effectuées. La comparaison entre les résultats des mesures de PIV et les simulations ont mis en évidence que le modèle mis en place est plus représentatif de la physique de l'écoulement de la suspension de laponite que le modèle d'Herschel-Bulkley
We have studied the behaviour of thixotropic fluids : especially the suspension of laponite. The study of the local level of this suspension, with the help of PIV technique, which allows to better understanding how the organisation of suspension structure when the fluid starts to flow. The study of the validation and the good response of the developed model are achieved by a comparative study between the existing model of Herschel-Bulkley and the measuring of velocity fields. In the case of studied geometry “coaxial disks”, the PIV experimental measuring allows us to identify the existence of two distinct layers when the fluid flows. Indeed, we have observed that the first layer is near to the rotating disc where the fluid is motionless and takes the form of a cone which corresponds to a region near the bottom of the cylinder. The use of commercial CFD code Star-CD has enabled us to highlight the limitations of the model of Herschel-Bulkley in relation to the experimental results. These results were used as reference for comparison with the model of dual kinetic behaviour developed in this work. It was shown that the behaviour of the latter model presents a better matching with the actual behaviour of the flowing suspension although some problems still remain

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Sid-Ali, Ahmed. "Un processus empirique à valeurs mesures pour un système de particules en interaction appliqué aux réseaux complexes". Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/33730.

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Abstract (sommario):

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019
On propose dans cette thèse une modélisation des réseaux sociaux par des processus aléatoires à valeurs mesures. Notre démarche se base sur une approche par espace latent. Cette dernière a été utilisée dans la littérature dans le but de décrire des interactions non-observées ou latentes dans la dynamique des réseaux complexes. On caractérise les individus du réseau par des mesures de Dirac représentant leurs positions dans l’espace latent. On obtient ainsi une caractérisation du réseau en temps continu par un processus de Markov à valeurs mesures écrit comme la somme des mesures de Dirac représentant les individus. On associe au réseau trois événements aléatoires simples décrivant les arrivées et les départs d’individus suivant des horloges exponentielles en associant chaque événement à une mesure aléatoire de Poisson. Cette thèse est composée essentiellement d’un premier chapitre réservé à l’état de l’art de la littérature de la modélisation des réseaux complexes suivi d’un second chapitre introductif aux processus aléatoires à valeurs mesures. Le 3-ème et 4-ème chapitres sont constitués de deux articles co-écrits avec mon directeur de thèse, Khader Khadraoui, et sont soumis pour publication dans des journaux. Le premier article, inclus dans le chapitre 3, se compose essentiellement de la description détaillée du modèle proposé ainsi que d’une procédure de Monte Carlo permettant de générer aléatoirement des réalisations du modèle, suivi d’une analyse des propriétés théoriques du processus aléatoire à valeurs mesures sous-jacent. On explicitera notamment le générateur infinitésimal du processus de Markov qui caractérise le réseau. On s’intéressera également aux propriétés de survie et d’extinction du réseau puis on proposera une analyse asymptotique dans laquelle on démontrera, en utilisant des techniques de renormalisation, la convergence faible du processus vers une mesure déterministe solution d’un système intégro-différentiel. On terminera l’article par une étude numérique démontrant par des simulations les principales propriétés obtenues avec notre modèle. Dans le second article, inclus dans le chapitre 4, on reformule notre modèle du point de vue des graphes géométriques aléatoires. Une introduction aux graphes géométriques aléatoires est d’ailleurs proposée au chapitre 1 de cette thèse. Le but de notre démarche est d’étudier les propriétés de connectivité du réseau. Ces problématiques sont largement étudiées dans la littérature des graphes géométriques aléatoires et représentent un intérêt théorique et pratique considérable. L’idée proposée est de considérer notre modèle comme un graphe géométrique aléatoire où l’espace latent représente l’espace sous-jacent et la distribution sous-jacente est celle donnée par le processus génératif du réseau. À partir de là, la question de la connectivité du graphe se pose naturellement. En particulier, on s’intéressera à la distribution des sommets isolés, i.e. d’avoir des membres sans connexion dans le réseau. Pour cela, on pose l’hypothèse supplémentaire que chaque individu dans le graphe peut être actif ou non actif suivant une loi de Bernoulli. On démontrera alors que pour certaines valeurs du seuil de connectivité, le nombre d’individus isolés suit asymptotiquement une loi de Poisson. Aussi, la question de la détection de communautés (clustering) dans leréseau est traitée en fonction du seuil de connectivité établi. Nous terminons cette thèse par une conclusion dans laquelle on discute de la pertinence des approches proposées ainsi que des perspectives que peut offrir notre démarche. En particulier, on donne des éléments permettant de généraliser notre démarche à une classe plus large de réseaux complexes.La fin du document est consacrée aux références bibliographiques utilisées tout au long de ce travail ainsi qu’à des annexes dans lesquelles le lecteur pourra trouver des rappels utiles.
This thesis concerns the stochastic modelling of complex networks. In particular, weintroduce a new social network model based on a measure-valued stochastic processes. Individuals in the network are characterized by Dirac measures representing their positions in a virtual latent space of affinities. A continuous time network characterizationis obtained by defining an atomic measure-valued Markov process as the sum of some Dirac measures. We endow the network with a basic dynamic describing the random events of arrivals and departures following Poisson point measures. This thesis is essentially consists of a first introductory chapter to the studied problems of complex networks modelling followed by a second chapter where we present an introduction to the theory of measure-valued stochastic processes. The chapters 3 and 4 are essentially composed of two articles co-written with my thesis advisor, Khader Khadraoui and submitted to journals for publication. The first article, included in chapter 3, mainly concerns the detailed description of the proposed model and a Monte Carlo procedure allowing one to generate synthetic networks. Moreover, analysis of the principal theoretical properties of the models is proposed. In particular, the infinitesimal generator of the Markov process which characterizes the network is established. We also study the survival and extinction properties of the network. Therefore, we propose an asymptotic analysis in which we demonstrate, using a renormalization technique, the weak convergence of the network process towards a deterministic measure solution of an integro-differential system. The article is completed by a numerical study. In the second article, included in chapter 4, we reformulate our model from the point of view of random geometric graphs. An introduction to random geometric graphs framework is proposed in chapter 1. The purpose of our approach is to study the connectivity properties of the network. These issues are widely studied in the literature of random geometric graphs and represent a considerable theoretical and practical interest. The proposed idea is to consider the model as a random geometric graph where the latent space represents the underlying space and the underlying distribution is given by the generative process of the network. Therefore, the question of the connectivity of the graph arises naturally. In particular, we focus on the distribution of isolated vertices, i.e. the members with no connections in the network. To this end, we make the additional hypothesis that each individual in the network can be active or not according to a Bernoulli distribution. We then show that for some values of the connectivity threshold, the number of isolated individuals follows a Poisson distribution. In addition, the question of clustering in the network is discussed and illustrated numerically. We conclude this thesis with a conclusion and perspectives chapter in which we discuss the relevance of the proposed approaches as well as the offered perspectives.The end of the thesis is devoted to the bibliographical references used throughout this work as well as appendices in which the reader can find useful reminders.

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Barraquand, Guillaume. "Quelques modèles intégrables dans la classe d'universalité KPZ". Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC242.

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Abstract (sommario):

Cette thèse est consacrée à l'étude de quelques modèles aléatoires exactement solubles dans la classe d'universalité KPZ. Le premier chapitre dresse un panorama des méthodes récentes pour étudier ce type de systèmes. On présente aussi les différents travaux qui constituent cette thèse, sans rentrer dans les détails techniques, en insistant plutôt sur l'intérprétation des résultats et les méthodes générales. Ensuite viennent trois chapitres, correspondant à autant d'articles publiés ou soumis pour publication. Le premier chapitre est une étude asymptotique du système de particules en interaction q-TASEP, perturbé par des particules lentes. On montre que le système obéit au même type de théorème limite que le TASEP, et on observe une transition de phase appelée transition BBP. Le deuxième chapitre, basé sur des travaux en collaboration avec Ivan Corwin, introduit de nouveaux processus d'exclusion exactement solubles. Nous vérifions notamment les prédictions de la classe d'universalité KPZ, et nous nous intéressons aussi au comportement moins universel de la première particule. Le troisième chapitre correspond également à un travail en collaboration avec Ivan Corwin. Nous introduisons une marche aléatoire en environnment aléatoire, qui a la particularité d'être exactement soluble. Nous montrons que les corrections au second ordre au principe de grandes déviations vérifié par la marche sont distribuées selon la loi de Tracy-Widom. On donne une interprétation probabiliste de ce théorème limite, et on montre également que le résultat se propage à température nulle
This thesis is about exactly solvable stochastic models in the KPZ universality class. The first chapter provides an overview of the recent methods designed to study such systems. We also present the different works which constitute this thesis, leaving aside the technical details, but rather focusing on the interpretation of the results and the general methods that we use. The three next chapters each correspond to an article published or submitted for publication. The first chapter is an asymptotic study of the q-TASEP interacting particle system, when the system is perturbed by a few slower particles. We show that the system obeys to the same limit theorem as TASEP, and one observes the so-called BBP transition. The second chapter, based on a work in collaboration with Ivan Corwin, introduces new exactly solvable exclusion processes. We verify the predictions from KPZ scaling theory, and we also study the less universal behaviour of the first particle. The third chapter corresponds to a second work in collaboration with Ivan Corwin. We introduce a random walk in random environment, which turns out to be exactly solvable. We prove that the second order correction to the large deviation principle is Tracy-Widom distributed on a cube root scale. We give a probabilistic interpretation of this limit theorem, and show that the result also propagates at zero-temperature

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Lefrançois, Julie. "Optimisation du rendement d'une turbine multi-ailes à l'aide d'une méthode lagrangienne par particules vortex". Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25539/25539.pdf.

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Duval, Fabien. "Modélisation du renoyage d'un lit de particules : contribution à l'estimation des propriétés de transport macroscopiques". Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT023H.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur la modélisation macroscopique des transferts de masse et de chaleur dans un milieu poreux surchauffé parcouru par un écoulement liquide-vapeur avec changement de phase. Dans le cadre du non équilibre thermique local entre les trois phases du système, un modèle macroscopique quasi-stationnaire à trois températures est établi par prise de moyenne volumique des équations de transport locales. Un des aspects attrayants de la technique de changement d'échelle réside ici dans le développement d'une forme fermée du taux d'évaporation à l'échelle macroscopique dépendant des températures moyennes et des propriétés effectives. Le modèle macroscopique résultant peut être vu comme une généralisation des modèles à trois températures existants obtenus dans le cadre d'une approche heuristique. Les principales différences sont la présence de termes de transport supplémentaires et un couplage entre les différents continuums (phase et interface) qui semble plus complexe. L'intérêt majeur de l'approche développée ici est de proposer des problèmes de fermeture permettant de déterminer les coefficients de transports effectifs, tels que les tenseurs de dispersion et les coefficients d'échange, à partir d'une description locale sur une cellule représentative du milieu considéré. Ces problèmes ont été résolus pour des cellules unitaires simples pour obtenir une première estimation des propriétés effectives. Pour ces cellules et pour des problèmes de diffusion-évaporation, des comparaisons avec des solutions numériques du problème local ont permis d'illustrer l'intérêt pratique et les potentialités du modèle macroscopique. Pour des cellules unitaires plus complexes, une simulation numérique directe de l'écoulement diphasique à l'échelle locale a été effectuée permettant d'avoir accès au champ de vitesse et à la topologie des interfaces. L'outil de simulation numérique directe développé est basé sur une méthode à interface diffuse. Ces méthodes sont bien adaptées aux longueurs caractéristiques à l'échelle locale du milieu poreux et les développements menés montrent que l'on peut envisager de prendre en compte le changement de phase dans le cadre des modèles de Cahn-Hilliard. Les résultats obtenus sur des cellules 2D soulignent le rôle important de la répartition des phases et indiquent que les corrélations pour les propriétés effectives, en fonction de la saturation et des nombres de Péclet, peuvent être relativement complexes.

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Fortin, Pierre Yves. "Modèle vectoriel d'ondes couplées pour les processus non linéaires d'interaction photonique dans les milieux anisotropes". Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/26920/26920.pdf.

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Gaertig-Stahl, Alice. "Modèles probabilistes de feux de forêt sur des graphes infinis". Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1884/.

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Abstract (sommario):

Cette thèse concerne l'étude de modèles de feux de forêt d'un point de vue probabiliste. Les modèles que nous avons étudiés ont été introduits dans le cadre de l'étude des systèmes critiques auto-organisés à la fin des années 80. Il s'agit de systèmes de particules, les arbres, définis sur un graphe connecté. Leur évolution est régie par deux familles de processus de Poisson, l'une pour la croissance des arbres, l'autre pour leur disparition via l'action de la foudre. L'influence de la foudre est caractérisée par un paramètre lambda > 0. Ces modèles ont été beaucoup étudiés sur Z. Par contre sur des graphes infinis plus généraux, seules son existence et son unicité ont été montrées jusqu'à présent. Dans cette thèse, nous avons étudié ces modèles sur Zd pour d > 2 et sur les arbres binaires, dans deux directions. La première concerne l'existence de mesures invariantes. La deuxième concerne l'étude de ce modèle lorsque le paramètre lambda tend vers 0. Dans la première partie, nous montrerons que pour tous les paramètres lambda > 0, les processus de feux de forêt sur Zd pour d > 2 possèdent au moins une mesure invariante. Les processus de feux de forêt sont des processus de Markov non Feller, donc on ne peut pas appliquer les théorèmes usuels de l'étude des systèmes de particules. De plus, la géométrie de Zd ne permet pas d'utiliser les mêmes arguments que dans le cas de Z. Nous utiliserons des outils développés lors de l'étude de ces modèles sur Zd. Dans une seconde partie, nous nous consacrerons à la problématique de l'existence d'un processus limite lorsque lambda tend vers 0, sur les arbres binaires. Dans un premier temps, nous étudierons un modèle sans feux pour mieux comprendre comment grossissent les composantes connexes d'arbres. En se plaçant dans une nouvelle échelle de temps et d'espace, nous montrerons la convergence en loi de la taille d'un ensemble de sites construit à partir d'une boule de rayon n et des composantes connexes qui l'intersectent, au bout d'un temps t(n) > 0. Dans un deuxième temps, nous rajouterons l'action de feux, en définissant un modèle différent du modèle initial. Dans ce modèle modifié, les composantes connexes autres que celle de l'origine suivront une loi stationnaire à laquelle on s'attend à la limite, et non la dynamique du modèle de feux de forêt initial. Pour ce modèle, nous montrerons la convergence en loi de la taille renormalisée de la composante connexe de l'origine au moment où elle brûle pour la première fois
This work is concerned with a probabilistic study of forest-fire models. The models studied here were introduced in the context of self-organized criticality at the end of the eighties. These models are systems of particles, the trees, defined on connected graphs. Their evolution is governed by two families of Poisson processes, one for the growth of trees, the other one for the ignition of trees by lightning. The influence of lightning is characterized by a parameter lambda > 0. These models were widely studied on Z. However, only the existence and uniqueness of more general infinitevolume forest-fire processes have been proven yet. In this thesis, we studied forest-fire models on Zd for d > 2 and on binary trees, in two directions. The first one is concerned with the existence of stationary measures. The second one is concerned with the study of these processes when the parameter lambda tends to zero. In the first part, we will show the existence of at least one stationary measure for forest-fire processes on Zd, d > 2, for all parameters lambda > 0. The forest-fire processes are Markov processes but not Feller processes, so the usual arguments cannot be used here. Moreover, the geometry of Zd does not allow using the same arguments as for Z. Tools developed while studying these processes on Zd will be used here. In the second part, we will study the behavior of the forest-fire processes on binary trees when the parameter lambda tends to zero. We will begin with the study of a model without any fires, in order to understand better how the clusters of trees grow. We will show a convergence in law of the number of sites of a set construct from a ball of radius and the intersecting clusters, after a time tn > 0, for processes rescaled in space and time. Then, we will add fires and define a modified forest-fire model. In this new model, apart from the cluster of the origin, the clusters evolve under a stationary measure which we expect at the limit in lambda, and not under the dynamic of the initial forest-fire model. For this model, we will show a convergence in law of the rescaled size of the cluster of the origin when it burns for the first time

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Majidi, Behzad. "Discrete Element Method Applied To The Vibration Process Of Coke Particles". Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29386/29386.pdf.

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Abstract (sommario):

Les propriétés physiques, mécaniques et chimiques des matières premières ont un effet majeur sur la qualité des anodes en carbone pour le procédé de production d’aluminium. Ce travail tente d’étudier la faisabilité de l’application de simulation de la Méthode des Élément Discrets (DEM) à la technologie de production d’anodes. L’effet de la forme des particules et de la distribution de leurs tailles sur la densité apparente vibrée (VBD) d’échantillons de coke sec est étudié. Les particules de coke sont numérisées en utilisant des techniques d’imagerie à deux et trois dimensions. Ces images donnent les formes et les aspects réels des particules qui sont utilisées pour les modèles DEM pour les tests VBD pour le codage de flux de particules (PFC). Le coefficient de friction interne des particules de coke est estimé par la méthode de mesure d’angle au repos. Les résultats ont montrés comme attendu, que la VBD des échantillons de coke est affectée par la forme et la distribution de taille des particules. Les simulations à deux dimensions ont confirmé qu’en général, les échantillons formés de particules de tailles poly-dispersées ont une VBD plus haute que ceux dont la taille des particules est mono-dispersée. De plus, la VBD des échantillons augmente lorsque la fraction de grosses particules augmente. Cependant, la présence de 10 % massique de particules fines est nécessaire pour remplir les pores entre les grosses particules. De même pour la simulation 3D, le modèle suit la tendance des données expérimentales montrant que dans une éprouvette de 2,9 cm de diamètre, l’augmentation de la quantité de particules de - 4+6 mesh (de 3,36 à 4,76 mm) engendre une augmentation de la VBD. En conclusion, un modèle DEM approprié est capable de prédire le réarrangement des particules et l’évolution de la densité pendant le processus de vibration.
Physical, mechanical and chemical properties of raw materials have considerable effects on quality of carbon anodes for aluminium smelting process. The present work attempts to investigate the feasibility of application of Discrete Element Method (DEM) simulations in anode production technology. Effects of coke particles shape and size distribution on vibrated bulk density (VBD) of dry coke samples are studied. Coke particles are digitized using two-dimensional and three-dimensional imaging techniques and real-shape particles are used in DEM models of VBD test in Particle Flow Code (PFC). Internal friction coefficient of coke particles were estimated by means of angle of repose tests. Results showed that, as expected, VBD of coke samples is affected by shape and size distribution of the particles. Two-dimensional simulations confirmed that in general, mixed-sized samples have higher VBD than mono-sized cokes and as the fraction of coarse particles increases vibrated bulk density increases. However, existence of 10 wt.% of fine particles to fill the pores between coarse particles is essential. For 3D simulations also, the model follows the trend of experimental data showing that in the container of 2.9 mm diameter, as the content of -4+6 mesh (3.36-4.76 mm) particles increase, VBD increases. It can be concluded that a well-tailored DEM model is capable of predicting the particle rearrangement and density evolution during the vibration process.

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Rousseaux, Jean-Marc. "Conception, mise en oeuvre et modélisation de réacteurs pour la précipitation de particules à propriétés contrôlées : application à la pseudo-boehmite". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL014N.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail est de développer des nouveaux réacteurs permettant une bonne maîtrise des réactions de précipitation, processus chimique rapide donnant naissance à une phase solide. Ces nouveaux réacteurs doivent être des mélangeurs rapides capables d'influencer, voire de contrôler les propriétés des particules fabriquées. Deux approches expérimentales ont été adoptées : (1) l'étude des phénomènes de mélange des réactifs et (2) l'étude de l'influence des conditions opératoires sur la précipitation d'un produit modèle. Le produit modèle choisi pour cette étude est la pseudo-boehmite. La pseudo-boehmite, catalyseur industriel, doit satisfaire de nombreuses propriétés : surface spécifique, volume poreux, taille des pores, cristallinité, distribution de taille des particules et morphologie des agglomérats. Ces propriétés sont très sensibles aux conditions opératoires et hydrodynamiques des réacteurs de précipitation. D'où l'intérêt d'utiliser la pseudo-boehmite comme produit modèle pour la précipitation. Quatre réacteurs originaux sont étudiés : le Réacteur à Disque Tournant, le Réacteur à Effet Vortex, le Réacteur avec Alimentation par le Fond et le Réacteur à Jets Lamellaires. L'étude du micromélange, réalisée à l'aide de la réaction chimique test mise au point par l'équipe du Professeur Villermaux et du macromélange, réalisée à l'aide de réacteurs de visualisation et de réactions de décoloration acide-base, ont permis de développer et de modéliser ces nouveaux réacteurs. Les réactions de précipitation de la pseudo-boehmite ont permis de dégager les grandes tendances de l'évolution des propriétés des particules en fonction des conditions opératoires. En vue de comprendre l'effet du mûrissement sur les particules de pseudo-boehmite, forme d'alumine mal cristallisée, l'influence des conditions de mûrissement (température, pH, puissance moyenne d'agitation et concentration de la suspension de particules) sur l'évolution des propriétés des particules est étudiée. Les caractéristiques des particules étudiées sont: la distribution de taille des particules, la taille des cristallites, la cristallinité, la surface spécifique, le volume poreux total et la teneur en eau. Le mécanisme de mûrissement des particules de pseudo-boehmite initialement amorphes a ainsi été mis en évidence et modélisé. Le Réacteur à Disque Tournant a été sélectionné pour réaliser des simulations à l'aide du code commercial FLUENT. L'hydrodynamique et le mélange des réactifs ont été simulés à l'aide du modèle k-e. Les effets de l'influence de la concentration des réactifs, de la vitesse d'agitation et de la position des tubes d'alimentation ont été simulés et comparés aux résultats expérimentaux.

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Routhier, Guillaume. "Étude et simulation des interactions entre particules dans un fluide magnétorhéologique". Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30099/30099.pdf.

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Abstract (sommario):

Il est présenté dans ce mémoire une approche globale d’étude et de modélisation des interactions entre particules dans les fluides magnétorhéologiques. D’abord, une campagne expérimentale étudiant l’augmentation de la capacité de transmission d’une contrainte de cisaillement du fluide par une compression est présentée. Les essais ont démontré que l’augmentation pouvait atteindre plusieurs dizaines de fois la capacité initiale sans compression. Une base macroscopique d’observation des interactions entre particules est obtenue. Ensuite, l’élaboration d’une simulation par éléments discrets appliquée aux fluides magnétorhéologiques est présentée. Elle permet, entre autres, l’observation qualitative de l’arrangement des particules et de leur état de force. Finalement, les bases d’un modèle mathématique fondé sur l’hypothèse d’un milieu continu micro-polaire appliqué aux fluides magnétorhéologiques sont proposées. Une méthode d’homogénéisation est proposée afin de mettre à profit l’information tirée de la campagne expérimentale et de la simulation de particules pour obtenir les lois de comportements rhéologiques.
Because of their great potential in mechanical design, magnetorheological fluids have been the subject of a lot of research during the last decade. Although they are already used in some semi-active dampers, their use in other promising technologies such as magnetorheological clutches remains not usual. The main reason for this lack of representation in clutch technologies is the relatively low shear stress transmission capability of these fluids. As a solution, some researchers proposed the application of a compressive stress on the fluid layer while maintaining a magnetic field. As a result, the shear stress transmission capability increases significantly. This effect has been called the Squeeze-Strengthen effect. This effect focuses on the significant interactions between the ferromagnetic particles present in the fluid. This master thesis proposes a global approach to study and model the interactions between particles in magnetorheological fluids. First, experiments are performed to study the Squeeze-Strengthen effect in the context of clutch technologies. The tests have shown that shear stress transmission capacity can be easily increased more than ten times the initial capacity without compression. Then, a numerical model based on the discrete elements method applied to the magnetorheological fluids is proposed. This simulation allows the determination of the state of forces on each particle considered in the model. Some qualitative observations of the particle structure can be made from this simulation. Finally, the bases of a mathematical model of continuum mechanics applied to the magnetorheological fluids are posed. In order to take the particle interactions into account, the assumption of a micro polar medium is made. An homogenization technique is proposed as a way to use the information obtained from the numerical simulations and the experimental investigations in order to obtain the rheologic behaviour laws.

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Gaillardin, Marc. "Étude de la sensibilité des dispositifs nanoélectroniques ultimes à base de SOI face aux particules des environnements radiatifs terrestres et spatiaux". Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0091.

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Abstract (sommario):

Cette thèse présente une étude de la sensibilité de dispositifs nanoélectroniques ultimes à base de technologie silicium sur )Iant soumis aux particules ionisantes des environnements radiatifs terrestres et spatiaux. Le contexte de l'étude et les incipaux effets induits par les radiations dans les composants électroniques sont décrits et montrent la nécessité d'étudier leur perturbation permanente et transitoire. Concernant l'étude des effets permanents, les mécanismes à l'origine de la dégradation des caractéristiques électriques des transistors sont discutés en fonction de leur architecture et de leur géométrie. Ensuite, les réponses transitoires de transistors simple-grille et à grilles multiples isolés sont étudiées avant de montrer des tendances quant à la propagation d'événements transitoires dans un circuit en fonction du niveau d'intégration. En conclusion, des pistes en vue d'optimiser les dispositifs de technologies futures afin d'atténuer ces effets sont proposées
This thesis presents a study of the sensitivity of nanoelectronic devices based on Silicon On Insulator technology to ionizing rticles of terrestrial and space environments. The overall context of the study is described as weil as the main radiation¬luced effects in electronic devices. It is shown that total ionizing dose and transient radiation effects have to be restigated. Concerning the total ionizing dose effects, the physical mechanisms explaining the degradation of transistors ~ctrical characteristics are discussed as a function of device architecture and design. After that, the transient radiation response of single- and multiple-gate devices is investigated. Furthermore, mixed-mode simulations are used to show trends as a function of the integration level on the sensitivity to single-event effects. From our study, we propose some ways to optimize devices and to mitigate the radiation induced effects in future technologies

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Adouobo, Tokou Bernard. "Simulations numériques des méthodes particulaires et particules-maillage sur machines parallèles". Le Havre, 1998. http://www.theses.fr/1998LEHA0011.

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Abstract (sommario):

Ce travail a pour objet la parallélisassions des méthodes vortex de type particule-particule (PP), particule-maillage (PIC-TSC) et particule-particule/particule-maillage (P3M). On s'intéresse à la résolution des équations de Navier-Stokes 3D, dans le cadre des écoulements de fluides visqueux incompressibles en milieu non borné. Dans un premier temps, nous decrivons les méthodes numériques et les calculateurs parallèles utilisés pour les simuler. Nous présentons une méthode de corrections locales (P3M) dont le but est d'améliorer à la fois la précision de la méthode pic-tsc et le cout de la méthode particulaire directe (PP). Ensuite, nous proposons des algorithmes parallèles qui sont bases sur l'optimisation des calculs, la minimisation des communications entre processeurs et la bonne gestion des places mémoires. Pour la méthode PP, les algorithmes reposent sur une distribution équitable des particules aux processeurs et des déplacements circulaires sur ces derniers des données dont ils ont besoin pour leurs exécutions. Concernant la méthode PIC-TSC que nous avons étudiée, deux types d'algorithmes parallèles ont été proposés. Dans le premier algorithme, on fait un découpage régulier de la grille en sous-grilles de même taille. Puis, on réalise des recouvrements des sous-domaines à cause de la spécificité du schéma TSC. La distribution des données consiste à allouer une sous-grille recouverte et ses particules à chaque processeur. Dans le second algorithme parallèle, nous prenons en compte la situation d'une répartition irrégulière des particules sur la grille. Les particules sont distribuées équitablement aux processeurs et la grille leur est initialement diffusée. On commande par la suite à chaque processeur d'effectuer des opérations, soit sur des blocs de nœuds, soit sur des lots de particules. La parallélisassions de la méthode p3m a consisté à utiliser simultanément les deux algorithmes parallèles de la méthode PIC-TSC. Des programmations pm et de parallélisme de données de ces algorithmes ont été réalisées et des résultats de performance sont donnés. L'extensibilité et la portabilité de tous nos algorithmes parallèles ont été prouvées. Enfin, nous présentons des résultats numériques de précision et de stabilité appliqués au transport d'anneau tourbillonnaire.

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Jasiak, Rafal. "Ultrafast electron dynamics and decoherence in metallic nanostructures". Strasbourg, 2011. http://www.theses.fr/2011STRA6040.

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Abstract (sommario):

La dynamique électronique ultrarapide dans des films métalliques minces a été étudiée numériquement en utilisant à la fois un modèle semi-classique (de Vlasov-Poisson) et un modèle quantique basé sur l'équation de Wigner. Pour de grandes énergies d'excitation, la dynamique quantique et la dynamique classique sont pratiquement identiques. En revanche, pour des plus basses énergies les cas classique et quantique divergent à partir d'un certain seuil, qui est de l’ordre de l'énergie du plasmon. Cet effet marque une transition classique – quantique, qui pourrait être observée dans les expériences de type pompe-sonde sur des films métalliques minces. A des échelles de temps plus longues, les électrons interagissent de façon incohérente avec les ions du réseau. Un temps de relaxation classique et un temps de décohérence quantique ont été mis en évidence à l’issue des résultats des simulations. Ces échelles de temps sont en bon accord avec les estimations phénoménologiques basées sur le modèle à deux températures, et reproduisent correctement les principales caractéristiques observées lors d'expériences sur des petits agrégats de sodium
The ultrafast electron dynamics in thin metal films was studied numerically using both a semiclassical model (Vlasov-Poisson) and a fully quantum approach based on the Wigner equation. For large excitation energies, the quantum and classical dynamics are virtually identical, whereas they diverge below a certain threshold, roughly equal to the plasmon energy. This is a clear signature of a quantum-mechanical effect, which should be observable in standard pump-probe experiments on thin metal films. For longer timescales, the electron dynamics becomes dissipative, as the electrons exchange energy incoherently with the ion lattice. A classical relaxation time and a quantum decoherence time were shown to emerge naturally from the simulations. These time scales are in good agreement with phenomenological estimates based on the two-temperature model, and correctly reproduce the main features observed in experiments on small sodium clusters

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Mac, Thi-Bich-Ngoc. "Modélisation des suspensions de particules actives : application à la motilité séminale". Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2581/.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, nous étudions le comportement collectif de particules auto-propulsées. Ce travail comporte trois parties. Dans la première partie, nous considérons un modèle individu-centré pour les particules d'auto rotation interagissant par une règle d'alignement et étudions leurs limites macroscopiques. Deux cas de sealing ont été étudiés. Dans le cas de petite vitesse angulaire, le modèle obtenu est une légère modification du modèle " Hydrodynamique auto-organisé " qui avait été introduit précédemment par Degond et Mostch. Dans le cas de grande vitesse angulaire, le modèle obtenu est plus compliqué. Une étude préliminaire de la stabilité linéaire a été également proposée. Dans la deuxième partie, nous étudions un modèle macroscopique du système de particules auto-propulsées interagissant avec leurs voisins par une règle d'alignement et de répulsion. Nous fournissons une validation numérique de ce modèle en le comparant avec le modèle individu centré. L'existence de solutions du modèle macroscopique à deux dimensions est prouvée. La dernière partie est consacrée à l'étude expérimentale du comportement collectif de robots auto-propulsés dans une enceinte annulaire confinée
In this thesis wc study collective motions of self-propelled particles. This work consists of three parts. In the first part, we consider an lndividual-Based Model for self-rotating particles interacting through local alignment and investigate its macroscopic Iimit. We study the mean-field kinetic and hydrodynamic limits of this system within two different scalings. In the small angular velocity regime, the resulting model is a slight modification of the " Self-Organised Hydrodynamic " model which has been previously inltroduced by Degond and Motsch. In the large angular velocity Case, the macroscopic model obtained is more complex. A preliminary study of the linearized stability is proposed. In the second part, we study a macroscopic model for a system of self-propelled particles which interact with their neighbors via alignment and repulsion. We provide a numerical validation of the continuum model by comparison with the particle model. The existence of local solutions of this macroscopic model is also studied. The last part concerns experimental investigation of collective behavior of simple robots in a confined ring

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Besse, Nicolas. "Etude mathématique et numérique de l'équation de Vlasov non linéaire sur des maillages non structurés de l'espace des phases". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13081.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude mathématique et numérique de l'équation de Vlasov sur des maillages non structurés de l'espace des phases. Dans une première partie on présente de nouvelles méthodes numériques de type semi-Lagrangien pour résoudre l'équation de Vlasov sur des maillages non structurés de l'espace des phases. L'équation de Vlasov mettant en jeu des phénomènes physiques multi-échelles on présente aussi des méthodes numériques adaptatives basées sur une analyse multi-résolution par ondelettes, conduisant à un raffinement adaptatif de maillages. L'apparition des supercalculateurs massivement parallèle permet de considérer ces méthodes en plusieurs dimensions dans l'espace des phases. Dans le but d'appliquer ces nouvelles méthodes aux domaines de la physique des plasmas et de la propagation des faisceaux de particules chargées on considère le système de Vlasov-Poisson à deux, trois et quatre dimensions dans l'espace des phases. Dans la deuxième partie on présente des preuves rigoureuses de la convergence de plusieurs schémas numériques pour le système de Vlasov-Poisson et des estimations a priori sur la vitesse de convergence des suites de solutions construites vers la solution du problème continu dans le cadre des solutions fortes et classiques. D'abord on démontre la convergence d'un schéma semi-Lagrangien sur un maillage non structuré de l'espace des phases avec des hypothèses de régularité minimales sur les données initiales. Lorsque les solutions classiques sont assez régulières, on prouve la convergence de plusieurs classes de schémas semi-Lagrangien d'ordre élevé selon que l'on envisage des reconstructions à partir de bases de polynômes de Lagrange symétriques, de B-splines et d'ondelettes. Enfin on montre la convergence d'un schéma semi-Lagrangien dans lequel on propage les gradients de la fonction de distribution afin d'obtenir une reconstruction d'ordre élevé et stable de la solution
This work is dedicated to the mathematical and numerical studies of the Vlasov equation on phase-space unstructured meshes. In the first part, new semi-Lagrangian methods are developed to solve the Vlasov equation on unstructured meshes of phase space. As the Vlasov equation describes multi-scale phenomena, we also propose original methods based on a wavelet multi-resolution analysis. The resulting algorithm leads to an adaptive mesh-refinement strategy. The new massively-parallel computers allow to use these methods with several phase-space dimensions. Particularly, these numerical schemes are applied to plasma physics and charged particle beams in the case of two-, three-, and four-dimensional Vlasov-Poisson systems. In the second part we prove the convergence and give error estimates for several numerical schemes applied to the Vlasov-Poisson system when strong and classical solutions are considered. First we show the convergence of a semi-Lagrangian scheme on an unstructured mesh of phase space, when the regularity hypotheses for the initial data are minimal. Then we demonstrate the convergence of classes of high-order semi-Lagrangian schemes in the framework of the regular classical solution. In order to reconstruct the distribution function, we consider symmetrical Lagrange polynomials, B-splines and wavelets bases. Finally we prove the convergence of a semi-Lagrangian scheme with propagation of gradients yielding a high-order and stable reconstruction of the solution

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Amal, Youssef. "Analyse mathématique et numérique de modèles de germination et de croissance de particules minérales dans un contexte de simulation géochimique au contact de solutions aqueuses". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2008. http://www.theses.fr/2008STR13126.

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Abstract (sommario):

La plupart des modèles géochimiques qui traitent des interactions entre les roches et les solutions incluent les relations d'équilibre thermodynamique entre les phases solides et la solution, et abordent les problèmes de cinétique en introduisant des vitesse de croissance et de dissolution, mais ils ne décrivent généralement l'étape de nucléation que de manière empirique. De tels modèles supposent que les particules se mettent à nucléer avec une taille fixée une fois pour toutes, dès que la saturation dépasse une valeur critique. De plus, leur vitesse de croissance ou de re-dissolution ultérieure est habituellement supposée indépendante de leur taille, ce qui ne permet pas de décrire certains effets importnas tels que le mûrissement d'Ostwald. Un nouveau modèle a été proposé par Noguera et al. (2006) pour pallier ces déficiences. Il mène à un système d'équations intégro-différentielles hautement non-linéaires qui combine les effets de la germination homogène ou hétérogène des particules, de la croissance cristalline et du mûrissement des cristaux ou de leur redissolution en fonction de l'évolution de l'état de saturation en solution aqueuse de la phase minérale concernée (énergie d'activation). Du point de vue numérique, lors de la germination, le nombre de particules augmente d'une manière continue au cours du temps. Pour prévoir l'évolution du système, il est nécessaire de connaître l'état de chaque particule à tout instant et de mémoriser l'historique de cette évolution. Cette exigence est un est un handicap sévère pour la simulation numérique à cause du coût mémoire engendré. Elle rend aussi le problème plus complexe à résoudre sur le plan numérique. L'objectif de cette thèse était de développer un algorithmz de résolution numérique, capable d'effectuer d'une manière rapide des calculs précis, pour l'introduire dans le modèle de simulation des interactions fluides-roches (Nanokin) qui prend en compte de façon détaillée la germination et la croissance cristalline pour des phases minérales pures ou des phases dont la composition peut varier au cours de leur formation, par exemple sous forme de solutions solides. Cette approche permet de suivre l'évolution de la taille de chaque particule au cours du temps. Il décrit la variation temporelle de la taille des particules et la contribution de chaque particule à l'ensemble de la population (nombre de particules, nombre de moles)
Most geochemical models considering the interactions between rocks ans solutions include thermodynamic equilibrium relationships between solid phases and aqueous solutions, and address the kinetic problems by introducing rates of growth and dissolution, but usually they describe the step of nucleation only empirically. Such models assume that the particules begin to nucleate with a fixed size, once the saturation exceeds a critical value. Moreover, their growth or re-dissolution rate is usually assumed independent of their size, which does not allow describing some effects such as Ostwald ripening. A new model was proposed by Noguera and al. (2006) to correct this weakness. It is controlled by a system of highly non-linear integro-differentials equations which combines the effects of : homogeneous or heterogeneous nucleation, growth and ripening of particles or their re-dissolution as a function of the evolution of the saturation of the concerned mineral phases in the aqueous solution. Due to the nucleation, the number of particles is numerically a function of time strictly increasing. Moreover, to predict the evolution of the system, it is necessary to know the status of each particle at any moment and to remember the history of its evolution. This is very costly in terms of data storage and data processing. The aim of this thesis was to develop an algorithm of numerical resolution that can perform a fast and accurate calculation in order to introduce it in the fluid-rock interactions simulation model, taking into account the germination and growth of pure mineral phases or phases whose composition may vary during their formation, like sollids solutions. The resulting software is called "Nanokin". This approach allows following the size evolution of each particle, as a function of time. It also describes the contribution of each particle to the entire population of particles (number of particles, number of moles)

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Saba, Hafida Idrissi Azami. "Etude et réalisation d'un simulateur parallèle de la diffusion à l'échelle atomique : création et croissance de boucles de dislocation sous irradiation électronique". Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30102.

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Abstract (sommario):

La diffusion de defauts ou d'impuretes dans un semiconducteur est un phenomene essentiel intervenant dans la maitrise des procedes de fabrication des composants electroniques. L'objectif de ce travail a ete d'etudier et de realiser un outil de simulation de ces phenomenes a trois dimensions (asdiff ii). Il presente deux originalites essentielles: 1) il effectue une simulation 3d de la diffusion a l'echelle atomique; 2) il est disponible en version parallele sur le reseau de transputers. Le premier chapitre rappelle les resultats experimentaux relatifs a deux exemples de diffusions anormales: la diffusion de gallium a l'interface gaas-cdte lors de la croissance heteroepitaxique de cdte, la diffusion des interstitiels de cdte soumis a un flux electronique de haute energie. C'est ce deuxieme cas qui a guide plus particulierement les orientations de ce travail de these. Le deuxieme chapitre propose une modelisation conventionnelle de la diffusion. Il considere le mouvement des interstitiels et la formation des defauts etendus sous irradiation en se basant sur la theorie de la cinetique chimique. La comparaison avec les resultats experimentaux suppose un approfondissement du modele a l'echelle atomique. Le troisieme chapitre presente le modele physique utilise: sauts elementaires, tirage aleatoire. . . , et sa transcription en langage informatique occam utilise sur les reseaux de transputers. Le quatrieme chapitre est entierement consacre a l'analyse des resultats obtenus: phenomenes de formation des defauts etendus et leurs representations spatiales. Un resultat original tout particulierement interessant concerne la repartition des lacunes autour des boucles de dislocation. Enfin, nous mettons en evidence des comportements de type chaotique dans la mesure ou, dans des conditions experimentales identiques, mais avec les effets des aleatoires, les structures et les repartitions de defauts peuvent etre extraordinairement differentes. Nous discutons finalement l'interet et la portee de ces resultats theoriques par confrontation avec l'experience

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Marchant, Benjamin. "Étude des propriétés optiques des cristaux de glace composant les cirrus : influence de la variabilité verticale de la distribution granulométrique des cristaux sur les propriétés radiatives de ces nuages". Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10159.

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Abstract (sommario):

Les nuages constituent une des principales sources d’incertitudes dans les modèles climatiques actuels. Ces incertitudes découlent de la difficulté à établir des paramétrisations permettant d’intégrer correctement les propriétés radiatives des nuages dans les modèles climatiques. Pour améliorer et optimiser ces paramétrisations il est nécessaire de collecter un grand nombre d’informations sur les grandeurs macrophysiques et microphysiques des nuages. La restitution de ces propriétés repose largement sur la comparaison de mesures satellitaires à des simulations réalisées à partir de modèles de transfert radiatif en atmosphère nuageuse. Cette étude est consacrée aux nuages de la haute troposphère de type cirrus dont l’une des caractéristiques est d’être principalement constitués de cristaux de glace non sphériques avec des formes et des tailles variées. Afin de comprendre les propriétés radiatives de ces nuages, il est donc nécessaire d’étudier au préalable les interactions du rayonnement électromagnétique avec ce type de cristaux. Pour cela, nous avons développé plusieurs algorithmes basés sur des approximations de l’optique géométrique et de l’optique ondulatoire. D’autre part, les propriétés radiatives de ces nuages dépendent de leurs caractéristiques macrophysiques et microphysiques, comme l’épaisseur géométrique et l’altitude, l’épaisseur optique, ainsi que la taille et la forme des cristaux qui le composent. Des campagnes aéroportées de mesures in situ ont révélé que ces nuages pouvaient également présenter une variabilité verticale importante de leur distribution granulométrique. Il est donc primordial d’évaluer l’impact radiatif de cette variabilité verticale pour établir si et comment elle doit ître prise en compte dans les modèles. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle de cirrus permettant de décrire cette hétérogénéité. Nous avons alors montré, à partir de l’évaluation de la sensibilité des propriétés radiatives de ces nuages au profil vertical, qu’il est important de prendre en compte cette hétérogénéité et comment retrouver certaines informations sur le profil vertical par télédétection passive
Clouds are a major source of uncertainties in current climate models. These uncertainties arise from the difficulty to establish parameterizations to integrate properly the radiative properties of clouds in climate models. To improve and optimize these parameterizations, it is necessary to collect a large amount of information on macrophysical and microphysical cloud properties. The determination of these properties is mainly based on the comparison of satellite measurements to simulations from radiative transfer models in cloudy atmosphere. In this study, we investigate the radiative properties of cirrus clouds which are composed of ice crystals with various shapes and sizes. Thus, a correct representation of cirrus radiative properties depends on a good understanding of the scattering and absoption properties of ice crystals encountered in this clouds. For this, we have developped several algorithms for the calculation of the single scattering and polarization properties of differents ice crystals model. In addition, the satellite cirrus retrieval algorithms is based on the common assumption that the radiative properties of a cirrus cloud may be represented by a homogeneous cloud model with a specific ice crystal shape and a single particle size distribution. However, in situ observations of cirrus clouds have shown that the shapes and sizes of ice crystals may vary substantially with height within the clouds. So, it is necessary to assess the sensibility of cirrus radiative properties to vertical heterogeneity of ice crystal habit and size distributions. In a second part of this study, we have developed a cirrus cloud models that can account for this vertical heterogeneity. The results suggests that it is critical to take into account cirrus vertical heterogeneity in order to correctly model their radiative properties. Additionally, the results provide guidance for the development of new approach to infer vertical size distribution in ice clouds

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Papka, Paul. "Etude de la désexcitation par particules légères chargées du noyau 44Ti". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13239.

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Lefèvre, Delphine. "Étude expérimentale, modélisation et simulation de la filtration lors de l'écoulement d'une résine chargée de particules à travers un renfort fibreux dans les technologies LCM". Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10144.

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Abstract (sommario):

La fabrication de pièces composites à matrice organique chargée de particules par un procédé de type LCM (Liquid Composite Molding) soulève le problème de l'écoulement du mélange de la résine avec les charges à travers le renfort fibreux. L'augmentation de la viscosité due aux particules, d'une part, et la filtration éventuelle des charges par le réseau fibreux, d'autre part, sont deux phénomènes à considérer car ils peuvent engendrer d'importants défauts de fabrication. Cette étude, volontairement limitée à une géométrie 1D, comporte une phase expérimentale et une phase de modélisation à l'échelle macroscopique, complémentaires l'une de l'autre, et menées en parallèle. Un moyen simple de mesure de la quantité de charges présentes dans la pièce en fin d'injection a d'abord été mis au point. Des essais d'injection de pièces, menés dans différentes conditions expérimentales, ont mis en évidence l'existence de deux comportements de filtration distincts. La modélisation est basée sur une équation de conservation de la masse et trois équations constitutives. Le modèle de filtration proposé dépend de deux paramètres physiques et d'un seul paramètre numérique, qui ont été identifiés par méthode inverse à partir des résultats expérimentaux. Enfin, la résolution du modèle développé est couplée à celle de l'écoulement d'un fluide à travers un renfort fibreux. Les résultats de la simulation, tant pour le profil de concentration de charges dans la pièce que pour le temps d'injection, sont très satisfaisants et viennent valider la démarche générale de cette étude.

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Rochon, Jonathan. "Étude de la focalisation d’un faisceau ionique à la pression atmosphérique par des lentilles électrostatiques annulaires minces, dans une décharge couronne en configuration pointe-plan". Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30312/30312.pdf.

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Abstract (sommario):

Ce projet vise l’étude de la focalisation d’un faisceau ionique à la pression atmosphérique. Les sources ioniques récentes fonctionnent à cette pression et la région de dérive séparant la région d’ionisation de l’entrée du spectromètre de masse est telle qu’une importante partie du signal produit est perdu avant son introduction dans le spectromètre de masse. La source LDTD ionise les analytes par une décharge couronne qui est produite par une pointe à haute tension. Le champ électrique généré par cette configuration tend à grandement disperser les ions. Pour limiter cette dispersion et focaliser une plus grande partie du signal produit au centre, des lentilles électrostatiques annulaires minces ont été introduites dans la région de dérive. Des simulations ainsi que des expériences réalisées sur un montage, nous ont permis d’observer une focalisation d’un faisceau ionique. Les résultats expérimentaux ont corroboré les résultats obtenus en simulation.

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Tesi sul tema "Faisceaux de particules – Modèles mathématiques"

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