Literatura científica selecionada sobre o tema "Texturation de surface multi-échelles"

Les échanges en surface dans le Modèle de Chimie Transport (MCT) multi-échelles MOCAGE de Météo-France comprennent à la fois les flux d'émissions et de dépôt sec d'espèces gazeuses. Une interface 2D a été développée entre MOCAGE et le modèle de prévisions météorologiques opérationnel français ARPEGE dans le but de calculer des flux à la surface réalistes Pour les émissions, un inventaire global est employé pour le moment; cet inventaire a été construit essentiellement à partir des inventaires des programmes IGAC/GEIA (International Global Atmospheric Chemistry / Global Emission Inventory Activity) et EDGAR (Emission Database for Global Atmospheric Research qui ont des résolutions temporelles annuelles, sai-sonnières ou mensuelles et une résolution spatiale de un degré. Le dépôt sec d'espèces gazeuses, y compris l'ozone, le dioxyde de soufre, les composés azotés, les composés organiques à longue et à courte durée de vie, a été paramétrisé selon [Wesely, 1989]. Le modèle calcule la vitesse de dépôt à partir de valeurs de trois résistances en série, les résistances aérodynamique, laminaire et de la surface. Ces résistances sont calculées en utilisant les champs de surface d'ARPEGE. Les champs liés à la végétation, tels l'indice foliaire, sont prescrits avec une résolution de un degré sur le globe et de cinq minutes sur l'Europe. Un certain nombre de modifications a été apporté à la paramétrisation de [Wesely, 1989], par exemple pour la formulation de la résistance stomatale et celle de la résistance de surface sur les surfaces mouillées. Les valeurs calculées de vitesse de dépôt ont été comparées à des observations et leurs distributions spatiales et temporelles ont été analysées sur deux saisons opposées (hiver et été, sur les différents domaines de MOCAGE, de résolution allant de 2 degrés pour le globe à 0.25 degrés pour la France.

La pandémie de coronavirus a bouleversé les territoires dans le monde entier, mais ses impacts diffèrent selon les espaces et les temporalités d’analyse, engendrant une diversité de processus spatiotemporels. À partir des données de mortalité en Équateur, l’un des territoires les plus touchés, on analyse la configuration spatiotemporelle (classification ascendante hiérarchique) et multi-échelles (analyse territoriale multiscalaire) de la pandémie. On en conclut que la propagation de la pandémie relève d’une articulation entre deux formes de complexité : celle relevant de l’imbrication des niveaux spatiaux, celle de l’imbrication des niveaux d’organisation. Le croisement des approches multitemporelle et multiscalaire permet d’identifier des territoires où les caractéristiques de propagation de la pandémie sont similaires, fournissant ainsi des connaissances utiles à la gestion territoriale de la pandémie.

La prédiction de l’érosion par surverse des digues de protection contre les crues et des barrages en remblai constitue l’une des difficultés majeures dans l’analyse de la sûreté de ces ouvrages. Bien qu’identifié comme étant le mécanisme de rupture dominant de près de la moitié des ruptures de digues fluviales, les méthodes et outils dont disposent les ingénieurs pour le caractériser, de manière déterministe, restent encore très limités. Notamment, la caractérisation du processus d’érosion, en termes géométriques et temporels, prenant en compte le comportement des matériaux constitutifs du remblai et de sa fondation et les spécificités des sollicitations hydrauliques sur les digues, n’est encore à la portée d’aucun outil de modélisation numérique validé au niveau requis. Les ingénieurs doivent donc, pour l’instant, se contenter d’approches recourant largement à l’empirisme : critères dits « de jugement d’expert » ou formules empiriques. Ces approches très simplifiées sont connues pour présenter de fortes incertitudes et ne pas garantir des résultats systématiquement du côté de la sécurité. C’est dans le but final d’améliorer significativement la robustesse et la précision des outils de prédiction de l’érosion par surverse pour les ingénieurs, qu’EDF et CNR ont décidé de lancer le projet de recherche Overcome. L’objectif de ce projet est d’inclure au sein de la plateforme numérique open source TELEMAC-2D des modules représentant différents types de processus physiques en lien avec les ruptures par surverse de digues, basés sur une approche expérimentale multi-échelles très poussée. Cette communication présente les tous premiers résultats de l’un des premiers sujets investigués par ce projet : la description des mécanismes physiques d’érosion par surverse des remblais constitués de sol grossiers à granulométrie étalés. Ces sols sont présents dans une grande partie des digues situées en zones montagneuses ou dans les vallées situées juste en aval. Une première série d’essais de surverse à petite échelle a été menée au laboratoire de l’Université Polytechnique de Madrid, en réalisant des remblais homogènes de 55 cm de hauteur à partir de trois matériaux différents : un sable assez uniforme, un gravier de granite et un sol alluvionnaire à granulométrie étalée, issu du site CNR de Montfaucon. Si les essais avec le remblai en sable ont confirmé le mécanisme attendu d’érosion de surface, il a été assez surprenant de voir des différences significatives de mécanisme d’érosion entre les matériaux de Montfaucon et graviers de granite. Dans le matériau de Montfaucon, le mécanisme s’apparente à de l’érosion de surface, tandis qu’avec le gravier de granite, le mécanisme d’érosion débute avec du « Headcut migration » puis évolue à la fin en érosion de surface. Par ailleurs, le sol de Montfaucon s’est avéré quatre fois moins érodable que le gravier de granite. Ces premiers résultats appellent à être confirmés par des essais de répétabilité à petite échelle et des essais à plus grande échelle.

Une goutte d’eau roule sur une feuille de lotus sacré mais elle adhère à un pétale de rose. Ces deux surfaces présentent, aux échelles micrométrique et nanométrique, une morphologie complexe. Quel est alors le lien entre leur mouillabilité et leur morphologie multi-échelles ? L’objectif de cette thèse est de mener une approche biomimétique pour la conception de surfaces superhydrophobes tout en comprenant les stratégies mises en œuvre par le vivant. Dans une première partie, nous caractérisons des surfaces végétales dont le régime de mouillage est observé directement par microscopie confocale à balayage laser. Nous démontrons que le lotus sacré produit un mouillage en régime mixte métastable caractérisable par une profondeur d’ancrage non nulle des lignes triples à l’équilibre. De plus, nous observons un régime hiérarchique de Wenzel-Wenzel sur le pétale de rose, à rebours des hypothèses de la littérature. De ces observations, nous tirons des questionnements clés que nous confrontons aux modèles actuels de la littérature. Dans une seconde partie, nous adaptons deux approches des phénomènes capillaires à l’étude du piégeage d’air sur une topographie multi-échelles et introduisons la paramétrisation nécessaire à l’étude des régimes de mouillage mixte et de leur robustesse. Nous prédisons la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur le lotus sacré en mettant en lumière le rôle de sa topographie nanométrique. Enfin, nous décrivons les mécanismes gouvernant les mouvements à l’avancée et à la reculée et leurs propagations par récurrence à travers les échelles topographiques constituant une surface en introduisant la notion de mouvement précurseur. Nous démontrons l’effet de la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur l’hystérèse d’angle de contact et le rôle des sous-échelles topographiques sur la robustesse du régime de piégeage d’air. À travers l’étude expérimentale de surfaces fabriquées par photolithographie, nous confrontons ce modèle à la réalité. Enfin, dans une troisième partie, nous transposons les conclusions issues de ce modèle en un cahier des charges pour la conception de surfaces superhydrophobes robustes, déclinons la stratégie mise en œuvre par la feuille du lotus sacré et proposons deux voies de fabrication de surfaces déperlantes, par recristallisation de cire naturelle et polymérisation deux-photons
A drop of water rolls on the sacred lotus leaf but stay fiercely anchored onto a rose petal. Both surfaces display a complex morphology at the micrometric and nanometric scales. Therefore, one could ask: how are their wettability and their morphology related? The purpose of this dissertation is to carry out a biomimetic approach in order to conceive superhydrophobic surfaces and to better understand nature’s strategies. In a first part, vegetal surfaces have been characterized by directly observing the wetting state they produce with the help of confocal microscopy. We demonstrate the fact that the sacred lotus produces a metastable mixed-state wetting that is characterized by a finite equilibrium anchorage depth of triple lines. On the other hand, a Wenzel-Wenzel hierarchical wetting state is observed on the rose petal, in spite of what literature suggests. From these experiments, key questions have been highlighted and confronted to the current models available within the literature. In a second part, two approaches to capillary phenomena have been adapted to the study of a composite wetting state produced by a multiscale topography. We introduce a complete parameterization allowing us to tackle the problem of the mixed-state wetting and its stability, to predict the value of the equilibrium anchorage depth on the sacred lotus leaf and to identify the contribution of its nanoscale topography to its wetting. Then, we thoroughly describe the mechanisms underlying the advancing and receding motions of triple lines and their recursive propagation across every topographical scale constituting a surface by introducing the notion of precursor motion. We highlight the effect of the equilibrium anchorage depth on the contact angle hysteresis and the role played by topographical subscales on the robustness of the composite wetting state. Through the experimental study of model surfaces manufactured by photolithography, we compare our predictions to reality. Eventually, in a third part, the conclusions drawn from our model are transposed into technical specifications for the conception of robust superhydrophobic surfaces, the strategy of the sacred lotus leaf is thoroughly described and two promising manufacturing processes are proposed through the recrystallization of natural wax and two-photon polymerization

Nous présentons une étude détaillée, non-perturbante, de la prise du plâtre par Relaxation Magnétique Nucléaire (RMN) du proton, à bas champ magnétique. Cette technique permet de quantifier en continu le degré d'hydratation et de déduire de manière non-destructive les paramètres microstructuraux d'une pâte de plâtre en cours de durcissement. La décroissance bi-exponentielle des signaux de relaxation de l'eau dans le plâtre prouve l'existence de deux populations d'eau différentes, en échange lent. A partir des mesures de relaxométrie RMN, deux modes d'organisation de la microstructure sont identifiés en fonction du rapport de gâchage initial eau/plâtre (e/p), pour 0.4 <= e/p <= 0.6 et 0.7 <= e/p <= 1. Un modèle original d'échange entre les populations d'eau dans un milieu poreux a été établi. Une nouvelle approche multi-échelles et multi-techniques de la prise et du durcissement des pâtes de plâtre est proposée, permettant de relier les mesures locales obtenues par RMN aux propriétés mécaniques du matériau (mesurées par ultrasons). La démarche expérimentale et la modélisation présentées dans cette étude peuvent être appliquées à une large gamme de matériaux poreux en évolution.

Le palier hydrodynamique est une solution de guidage en rotation particulièrement appréciée pour ses caractéristiques d’amortissement à hautes vitesses de rotation. Cependant les performances des machines tournantes lubrifiées par un film fluide sont impactées par des effets non linéaires difficiles à analyser. La prédiction du comportement du système par la simulation nécessite une modélisation avancée de l’écoulement de lubrifiant dans le palier hydrodynamique. Enfin, l’état de surface semble avoir un impact important sur l’écoulement du fluide lubrifiant, lui-même agissant sur les caractéristiques statiques et dynamiques des parties tournantes. Cette étude vise à améliorer les modèles numériques liés à l’impact de l’état de surface des paliers hydrodynamiques sur la dynamique de ligne d’arbre. La méthode d’homogénéisation multi-échelles a été utilisée à cet effet dans un algorithme multi-physiques pour décrire l’interaction entre la structure flexible en rotation et les films fluides des supports de lubrification. Différents modèles ont été utilisés pour prendre en compte la présence de zone de rupture de film lubrifiant. Des méthodologies non-linéaires fréquentielles ont été mises en place afin de permettre l’étude paramétrique des solutions périodiques d’un tel système et de leur stabilité. Afin de confronter ce modèle complexe à la réalité, un banc d’essai miniature a également été conçu. Différents échantillons présentant des états de surface modifiés par ablation à l’aide de LASER femto-seconde ont été testés. L’étude expérimentale a permis de vérifier certaines tendances prévues par la simulation. Des améliorations des performances des paliers hydrodynamiques par rapport aux vibrations auto-entretenues du système ont été démontrées pour certaines textures. En revanche toutes les améliorations ne sont pas prédites par les algorithmes d’homogénéisation multi-échelles. La présence de recirculation dans les aspérités du motif a été mise en évidence à partir de la résolution locale des équations de Navier-Stokes. Ce résultat participe à la remise en question des hypothèses classiques utilisées en texturation, et peut justifier les améliorations obtenues expérimentalement avec les paliers texturés
The hydrodynamic bearing provides good damping properties in rotating machineries. However, the performances of rotor-bearings systems are highly impacted by nonlinear effects that are difficult to analyze. The rotordynamics prediction requires advanced models for the flow in the bearings. The surface of the bearings seems to have a strong impact on the lubricant flow, acting on the static and dynamic properties of the rotating parts. This study aims to enhance the simulation of the bearings’ surface state effect on the motion of the rotating shaft. The flexible shaft interacts with textured hydrodynamic bearings. Multi-scales homogenization is used in a multi-physics algorithm in order to describe the fluid-structure interaction. Different models are used to account for the cavitation phenomenon in the bearings. Nonlinear harmonic methods allow efficient parametric studies of periodic solutions as well as their stability. Moreover, a test rig has been designed to compare predictions to real measurements. Several textured shaft samples modified with femto-seconds LASER surface texturing are tested. In most cases the experimental study showed similar results than the simulation. Enhancements of the vibration behaviors of the rotor-bearing system have been revealed for certain texturing patterns. The self-excited vibration, also known as "oil whirl" phenomenon, is stabilized on a wide rotating frequency range. However, the simulation tool does not predict well the enhancements that are observed. Vortices in surface texturing patterns have been revealed numerically with Navier-Stokes equation resolution. These results are opposed to the classical lubrication hypothesis. It is also a possible explanation of the enhancements that are experimentally measured with textured bearings

Une voie prometteuse pour améliorer le rendement des centrales solaires à tour consiste à chauffer de l'air pressurisé à haute température afin d'alimenter un cycle thermodynamique de Brayton. Pour cela, il est indispensable de concevoir des récepteurs solaires performants,permettant de forts transferts de chaleur vers le fluide. Le développement de tels récepteurs passe par une compréhension fine de leurs écoulements internes. Il s'agit d'écoulements complexes, combinant de hauts niveaux de turbulence et un fort gradient de température entre la paroi irradiée par le flux solaire concentré et la paroi arrière isolée. On se propose dans ce travail de réaliser une étude amont numérique et expérimentale de ce type d'écoulements.D'une part, des mesures de vitesse par SPIV (vélocimétrie par images de particules stéréoscopique) sont effectuées dans une soufflerie de canal plan turbulent lisse dont la cellule de mesure est représentative d'un récepteur solaire surfacique. On observe en particulier l'influence d'un chauffage asymétrique sur les statistiques de la turbulence. Ces mesures sont d'autre part complétées par des simulations fines LES (simulation des grandes échelles)menées dans les conditions de la soufflerie. Pour finir, une simulation LES d'un canal plan texturé sur une paroi par une géométrie innovante est conduite. Cette architecture interne du récepteur combine des générateurs de tourbillon et des riblets afin d'intensifier les échanges de chaleur vers le fluide
A promising line of research to increase the efficiency of solar tower power plants consists in heating pressurized air to high temperatures in order to fuel a Brayton thermodynamic cycle. This requires to design effective solar receivers that allow for intense heat transfers toward the fluid. To develop such receivers, an in-depth understanding of their internal flows is needed. These are complex flows, combining strong turbulence and strong temperature gradient between the concentrated sun irradiated wall and the back insulated wall.The aim of this work is to investigate numerically and experimentally such flows.On one hand, velocities are measured by SPIV (Stereoscopic Particle Image Velocimetry) in a turbulent channel flow wind tunnel whom measurement cell is similar to a surface solar receiver. The influence of an asymmetric heating on the turbulence statistics are especially investigated. These measurements are supplemented by Large Eddy Simulations run under the same conditions as the wind tunnel. Finally, a Large Eddy Simulation is run in a channel flow textured on one wall by an innovative geometry. This internal receiver design combines vortex generators and riblets in order to enhance the heat transfers

Il est communément admis aujourd'hui que le contact entre deux surfaces se compose en réalité d'une multitude de contact ponctuels entre des aspérités. Cette considération amène à une surface de contact réelle significativement différente de l'aire de contact parfaite supposée dans la théorie de Hertz.De même, elle implique également la présence d'un espace libre entre les deux surfaces en contact. Dans cette situation, l'objectif principal de ces travaux de thèse est de développer des approches numériques permettant l'analyse du contact mécanique entre surfaces rugueuses dans le but de qualifier/quantifier l'étanchéité de ce contact rugueux.Deux approches différentes sont étudiées. La première consiste à analyser le contact mécanique entre une surface rugueuse et un plan rigide au moyen de la méthode des éléments finis et d'un nouveau modèle numérique. La seconde concerne l'estimation de la transmissivité d'un contact rugueux en considérant des simulations de l'écoulement d'un fluide au sein du champ des ouvertures présent entre les deux surfaces en contact.La comparaison de ces estimations numériques avec les résultats expérimentaux révèlent des écarts importants. Dans le but de comprendre ces écarts, l'influence du modèle de comportement matériau dans de telles simulations est étudiée. La plasticité cristalline, mais également l'élévation de la température dégagée par déformation plastique seront considérés. La question de la représentativité de notre problème vis-à-vis de l'approche fluide sera également discutée.

Quelques cas de fissurations de composants en acier inoxydable austénitique 304L dus à un phénomène de fatigue thermique ont été recensés, en particulier sur les circuits de Refroidissement du Réacteur à l'Arrêt (RRA) des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). EDF a lancé un programme de R&D afin de comprendre et d'évaluer les risques de dommages dans ces circuits. Le test développé à EDF, INTHERPOL, est un essai de fatigue thermique de type structure sur maquette tubulaire et soumis à un chargement périodique. Ces essais sont réalisés sous différents niveaux de chargement, états de surface et soudures afin de rendre compte de ces paramètres sur l'amorçage des fissures. L'objectif de cette étude est de définir une méthodologie permettant la justification d'un critère de fatigue tenant compte de l'influence de l'état de surface, à l'aide d'une approche multi-échelle. La première partie du travail consiste à caractériser le matériau (304L) et particulièrement sa surface. Les premiers résultats de la caractérisation de la surface montrent un fort gradient d'écrouissage initial du matériau sur 250 microns en profondeur. Ce gradient n'évolue pas avec le cyclage thermique. Pour cette caractérisation, des mesures de microduretéet des observations de la microstructure (MET) ont été réalisées. La deuxième partie est la modélisation macroscopique des essais INTHERPOL permettant de déterminer les champs de contrainte et déformation issus des cycles thermiques. La troisième partie du travail consiste ensuite à évaluer l'effet de la rugosité de surface et du gradient d'écrouissage à échelle plus fine à l'aide d'une modélisation à l'échelle du polycristal, basée sur la variation des densités de dislocations. Un objectif pour l'avenir est d'aider, par ces modélisations polycristallines, au choix de critères de fatigue prenant en compte l'influence de l'état de surface (critères énergétiques ou de types plan critique par exemple).

L'océan est le siège de mouvements complexes à toutes échelles spatiales et temporelles. Au sein d'une circulation moyenne et globale existe une circulation secondaire peuplée de fronts, de méandres, de jets étroits, de tourbillons, que l'on nomme circulation à mésoéchelle. L'observation spatiale permet une description et une évaluation synoptique de cette dynamique à mésoéchelle au moyen de l'altimétrie et la diffusiométrie. Cette évaluation a été le premier objectif de cette thèse et a permis de développer un produit distribué à la communauté scientifique internationale : le produit GEKCO. Cependant la description des processus submésoéchelle à plus fine résolution nécessite l'utilisation de données à super-résolution (couleur de l'eau, température de surface) qui ont la possibilité de représenter toute la complexité d'un océan en régime de turbulence pleinement développée. Une méthode à la croisée de l'océanographie physique et de la "science de la complexité" utilisant la formulation microcanonique de la cascade multiplicative, le produit GEKCO et des images de température de la mer, a fait l'objet de la seconde partie de ce manuscrit. La dynamique océanique étant la clef de voûte de tout le monde marin du vivant, la dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'impact de la circulation à mésoéchelle et à submésoéchelle sur la chaîne trophique marine en se focalisant sur ses deux extrémités. L'étude de la circulation à submésoéchelle a permis de montrer qu'elle joue un rôle prépondérant pour la biomasse marine ; un rôle d'activateur en océan ouvert et un rôle d'inhibiteur dans les systèmes d'upwelling de bord Est. Différentes études sur les trajets de prédateurs marins supérieurs ont démontré la nécessité de prendre en compte la dynamique océanique pour interpréter leur comportement de navigation
The ocean is governed by complex movements at all spatio-temporal scales. Within an mean and global circulation exists a secondary circulation inhabited by fronts, meanders, narrow jets, eddies, named mesoscale circulation. Observation with satellites allows a description and a synoptic evaluation of this dynamics at mesoscale by using altimetric and scatterometric data. This evaluation was the first objective of the thesis and allowed to develop a product distributed to the international scientific community : the GEKCO product. However, the description of submesoscale processes at finer resolution requires the use of super-resolution data (like ocean color or sea surface temperature) which have the ability to represent all the complexity of an ocean in fully developed turbulence. A method between physical oceanography and "science of the complexity" using the microcanonical formulation of the multiplicative cascade, the GEKCO product and sea surface temperature images was the topic of the second part of this manuscript. The ocean dynamics being the keystone of all marine ecosystems, the last part of this thesis was dedicated to the meso and submesoscale impact of the ocean dynamics to the trophic chain by focusing on its two extremities. Study of the flow at submesoscale allowed to show that it plays a preponderant role on the marine biomass ; role of activator in open ocean and role of inhibitor in the east boundary upwelling systems. Various studies on top marine predator paths demonstrated the necessity of taking into account the ocean dynamics to interpret their navigational behavior

Ce travail vise à caractériser et comparer les fonctionnements hydrodynamiques à plusieurs échelles spatiales en zones cristalline et sédimentaire de l’Ouest nigérien et par suite à proposer un modèle simple de fonctionnement hydrodynamique des bassins expérimentaux cristallins qui soit potentiellement transposable aux échelles supérieures.L’analyse qualitative du paysage montre que ces deux domaines ont des états de surface communs et spécifiques.L’étude expérimentale effectuée sur les états de surface communs (surface biologique, BIOL, d’érosion, ERO, structurale, ST-jac, et cultivée, C) montre, à l’échelle ponctuelle, que la surface ERO a la même valeur de conductivité hydraulique K dans les deux contextes. En revanche, les surfaces C et surtout ST ont des conductivités plus faibles en zone cristalline. Le suivi temporel effectué sur ces deux états de surface en zone cristalline a mis en évidence la stationnarité de la conductivité sur ST (jachère de 5 ans) durant la saison des pluies tandis qu'elle varie fortement sur la surface cultivée en fonction du calendrier cultural et du cumul de pluie. K décroit d’une valeur initiale de 170 mm/h après le sarclage à 20 mm/h (soit la conductivité mesurée sur ST) lorsque la surface sarclée reçoit un cumul de pluie de l’ordre de 70 mm. La conductivité atteint même la valeur de 10 mm/h après un cumul de pluie de 180 mm. Cette variation de la conductivité montre l’avantage à court terme du sarclage qui améliore l’infiltration mais qui à long terme tend à dégrader la surface.Les résultats obtenus à l’échelle de la surface élémentaire (10 m²) valident bien les mesures ponctuelles. La surface ERO a le même coefficient du ruissellement (Kr) en zones cristalline et sédimentaire tandis que les surfaces ST et cultivée ont un Kr plus élevé en zone cristalline. L’analyse de l’évolution temporelle du Kr de la surface cultivée du socle a montré que sur 63 événements pluvieux observés entre 2011 et 2013, 22 ont un Kr supérieur à la moyenne (qui est de 0.25) dont près de 2/3 sont observés après plus de 70 mm de pluie qui suivent le sarclage. Les résultats obtenus à ces deux échelles (ponctuelle et surface élémentaire) sont donc cohérents et montrent que la surface cultivée s’encroûte et peut ruisseler plus que la surface ST et autant que la surface ERO. A l’échelle du bassin versant (5 ha), les Kr sont plus élevés sur les bassins cristallins à cause de ces fortes valeurs de Kr des surfaces élémentaires mais aussi parce qu’ils sont composés d’autres surfaces à forte capacité ruisselante que sont la surface d’affleurement du socle altéré et la surface gravillonnaire ayant un Kr de 0.58. A ces trois échelles (ponctuelle, élémentaire, petit bassin), on note la non-dépendance du fonctionnement hydrodynamique à l'état hydrique initial.L’exploitation des résultats ponctuels obtenus sur le site cristallin (conductivité moyenne de BIOL, ERO, et ST et conductivité variable sur la surface cultivée) dans le modèle de Green et Ampt a permis de caler le potentiel de front par état de surface et décrire de manière très satisfaisante les ruissellements mesurés sur les surfaces élémentaires. Sur la base des ruissellements ainsi calculés, nous avons simulé les hydrogrammes à l’exutoire des bassins expérimentaux en assimilant le fonctionnement de ces derniers à celui des surfaces élémentaires en spatialisant leur infiltrabilité. En faisant l’hypothèse d’une ré-infiltration nulle sur les versants, nous avons appliqué une fonction de transfert simple prenant en compte la distance de chaque surface élémentaire par rapport au réseau hydrographique, une vitesse d'écoulement constante et une pluie imbibante de 3 à 4 mm devant saturer la couverture sableuse de ravine, ce qui est beaucoup moins qu'en zone sédimentaire. Finalement, les hydrogrammes simulés reproduisent assez bien les caractéristiques des hydrogrammes mesurés, ce qui offre une perspective d’application de certains principes du modèle sur de plus grands bassins
This work aims at characterizing and comparing the hydrodynamical functioning at several spatial scales within the granitic-basement and sedimentary zones of Western Niger. Then, a simple hydrological model that could be suitable for use at larger scales is proposed and tested.Qualitatively, the two geological domains have common and specific surface features.The experimental work carried out onto common surface features (biological crust, BIOL; erosion crust, ERO; fallow structural surface, ST and cultivated, C) shows that, at the point scale, ERO has the same hydraulic conductivity K value in both contexts. On the other hand, surfaces features C and especially ST have lower K values in granitic context.Monitoring of the ST and C sites along the rainy season proved the stationarity of the ST conductivity value. On the contrary, K varies widely with the amount of rain received from an initial value of 170 mm/h after weeding down to 20 mm/h (i.e. the ST measured value) after 70 mm of rain and even 10 mm/h after 180 mm of rain. This variation shows the short-term benefit of weeding onto infiltration but a degradation of the soil surface on the long term.At the plot scale (10 m2), runoff measurements are consistent with point measurements. ERO has the same runoff coefficient (Kr) in granitic and sedimentary zones while ST and C surfaces have a higher Kr in granitic context.Runoff monitoring of the granitic site cultivated plots showed that from a total of 63 rain events between 2011 and 2013, 22 had a Kr value higher than the average value (0.25) from which 2/3 are observed after the surface had received more than 70 mm rain after weeding.Results obtained at the two scales (point and 10-m2 plot) are thus consistent and show that the cultivated surface gets crusted and may produce runoff more than fallow ST sites and as much as ERO features.At the basin scale (5 ha), Kr values are higher in the granitic site, not only because of the higher Kr value for a given surface feature but also because of the specific low-infiltrating surfaces which are granite outcrops and gravel crusts (Kr = 0.58).At the three previous scales (point, plot and small basin), runoff volume was found independent of soil initial moisture.Using the previous point-scale results in a Green-Ampt infiltration model led to calibrate the wetting front pressure head for each surface feature and to satisfactorily describe runoff volumes obtained at the plot scale.By estimating runoff with the Green-Ampt infiltration model at any given point, basin-scale hydrograms were obtained by adding the contribution of all elementary surfaces. Assuming no re-infiltration of runoff water within the basins, a simple transfer function was chosen accounting for the distance of each surface to the hydrological network, a constant water velocity of 0.05 m.s-1 and a volume of 3-4 mm of water necessary to fill the kori sand cover, which is much less than that in the sedimentary context. Finally, simulated hydrograms reproduce nicely the measured ones, which offers the perspective of applying some principles of the model to larger basins

L'océan est le siège de mouvements complexes à toutes échelles spatiales et temporelles. Au sein d'une circulation moyenne et globale existe une circulation secondaire peuplée de fronts, de méandres, de jets étroits, de tourbillons, que l'on nomme circulation à mésoéchelle. L'observation spatiale permet une description et une évaluation synoptique de cette dynamique à mésoéchelle au moyen de l'altimétrie et la diffusiométrie. Cette évaluation a été le premier objectif de cette thèse et a permis de développer un produit distribué à la communauté scientifique internationale : le produit GEKCO. Cependant la description des processus submésoéchelle à plus fine résolution nécessite l'utilisation de données à super-résolution (couleur de l'eau, température de surface) qui ont la possibilité de représenter toute la complexité d'un océan en régime de turbulence pleinement développée. Une méthode à la croisée de l'océanographie physique et de la "science de la complexité" utilisant la formulation microcanonique de la cascade multiplicative, le produit GEKCO et des images de température de la mer, a fait l'objet de la seconde partie de ce manuscrit. La dynamique océanique étant la clef de voûte de tout le monde marin du vivant, la dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'impact de la circulation à mésoéchelle et à submésoéchelle sur la chaîne trophique marine en se focalisant sur ses deux extrémités. L'étude de la circulation à submésoéchelle a permis de montrer qu'elle joue un rôle prépondérant pour la biomasse marine ; un rôle d'activateur en océan ouvert et un rôle d'inhibiteur dans les systèmes d'upwelling de bord Est. Différentes études sur les trajets de prédateurs marins supérieurs ont démontré la nécessité de prendre en compte la dynamique océanique pour interpréter leur comportement de navigation.

Le rétrécissement continu des dispositifs microélectroniques exige la production des couches nanométriques uniformes et conformes, avec une pureté chimique et des interfaces abruptes. Le dépôt de couche atomique (ALD) est un procédé favorable à la production de tels films. Tirant ses avantages de la nature auto-limitante des réactions, ALD peut permettre un contrôle de l’épaisseur à la monocouche, produisant des films de haute pureté. Bien que l'ALD présente de nombreux avantages, des inconvénients se rencontrent lors du dépôt de films de quelques nanomètres. En particulier, la croissance initiale en îlots et la formation d'une couche interfaciale sont deux de ses limitations principales, en particulier dans le cas du dépôt d’oxyde métallique sur Si. De plus, le dépôt sur des grandes surfaces n'est pas toujours uniforme et dépend du réacteur et des conditions du procédé. Ces inconvénients doivent être supprimés afin de déposer des films d'oxydes sur Si, essentiels pour la production de transistors à effet de champ du futur. Dans cette thèse, l'ALD de Al2O3 de TMA et H2O sur Si est étudiée de manière approfondie, afin de remédier aux inconvénients ci-dessus. L'étude consiste en une approche multi-échelles numérique et expérimentale combinée. Quatre modèles numériques différents ont été développés pour traiter différentes échelles d'espace. Un ensemble de techniques de caractérisation a été utilisé, notamment l'ellipsométrie, XRR, TEM, STEM, EDX, XPS et SIMS. Dans ce cadre, les phénomènes détaillés sont illuminés, ce qui permet de comprendre le processus et l'origine des inconvénients de l'ALD. La compétition entre la désorption et les réactions de surface, s'est avérée être le facteur limitant pour le dépôt à basse température, jusqu'à 200°C. La concentration des sites réactifs en surface limite le dépôt à des températures supérieures à 300°C. Bien que l’ALD soit conçu comme un processus dépendant uniquement de la chimie de surface, l’analyse des phénomènes de transport à l’intérieur du réacteur a montré que la conception du réacteur et du processus peut affecter la distribution des réactifs et la température à l’intérieur du réacteur ALD. L'approche multi-échelles et le couplage entre les différents modèles numériques ont révélé que l'interaction entre les mécanismes de surface et les phénomènes de transport avait un effet sur l'uniformité du dépôt. En utilisant cette approche numérique, il est possible de dériver des conditions optimales garantissant une uniformité du film. Au cours des premières étapes, le dépôt du film est inhibée, ce qui a conduit à un régime de croissance en îlots. L'analyse intégrée a montré que 25 cycles d'ALD sont nécessaires pour déposer un film continu de Al2O3. Au cours de ce régime, l'oxydation interfaciale a conduit à la formation d'une couche d'oxyde interfacial d'environ 2 nm, composée de SiOx, AlOx et SixOyAl, qui altère les propriétés et donc les applications potentielles de la structure déposée. Un prétraitement in situ au plasma N2-NH3 du substrat de Si a été introduit, conduisant à la formation d'une couche de SixNyH sur la surface du substrat. Le prétraitement a augmenté la réactivité de surface, et la période d’inhibition était limitée. Une croissance linéaire est obtenue après 5 cycles. En outre, l'oxydation interfaciale du Si a été réduite, car la couche SixNyH s'est avérée servir de barrière efficace pour la diffusion de l' O et l'oxydation du Si. Le travail présenté dans cette thèse montre la nécessité de telles approches intégrées pour analyser les phénomènes impliqués dans l'ALD. Telles études permettent une compréhension approfondie des mécanismes, afin de proposer des solutions pour lutter contre les inconvénients apparus lors des premières étapes de dépôt. Cela pourrait permettre a l’ ALD de produire des couches minces nanométriques uniformes et conformes de grande pureté avec des interfaces abruptes, capables de répondre aux exigences de l’industrie électronique
The constant shrinking of microelectronic devices requires the production of conformal and uniform nanometric thin films, with a high chemical purity and abrupt interfaces. In this context, Atomic Layer Deposition (ALD) has emerged as a favorable process to produce such films. Drawing its advantages from the self-limiting nature of the surface reactions involved, ALD can yield thickness control down to the monolayer, producing conformal films of high purity. Although ALD has many advantages, drawbacks arise when depositing films of some nanometers. In particular, the initial island growth and the formation of an interfacial oxide layer are two of its main limitations, especially for the case of metal oxide ALD on Si. Moreover, the deposition on large area wafers is not always uniform, and depends on the reactor and process design. These drawbacks need to be suppressed in order to establish ALD as the adequate process for the deposition of high-k gate oxides on Si, essential for the production of field effect transistors of the future. In this thesis, the ALD of Al2O3 from TMA and H2O on Si is thoroughly investigated, in order to tackle the above drawbacks. The investigation consists of a combined multiscale computational and experimental approach. Four different numerical models were developed dealing with different space scales. A complete set of characterization techniques was used, including ellipsometry, XRR, TEM, STEM, EDX, XPS and SIMS. Using this framework, the detailed phenomena involved are illuminated, thus allowing to better understand the process and identify the factors responsible for the drawbacks of ALD. The competition between surface mechanisms, namely desorption and surface reactions, was found to be the limiting factor for deposition at low temperatures, up to 200oC. The concentration of surface reactive sites was found to limit the deposition at higher temperatures up to 300oC. Although ALD is conceived as a process depending only on surface chemistry, the analysis of the transport phenomena inside the ALD chamber showed that the reactor and process design can affect the reactant and temperature distribution inside the ALD reactor. The multiscale approach and the coupling among the different computational models revealed that the interplay between surface mechanisms and transport phenomena affects the film uniformity. Using this computational approach, it was possible to derive optimal process conditions that ensure maximum film uniformity. During the first deposition steps, the film deposition was found to be inhibited, leading to an island growth regime. The integrated analysis showed that 25 cycles are needed in order to deposit a continuous Al2O3 film. During this regime, interfacial oxidation of the Si substrate led to the formation of a ~2 nm interfacial oxide layer, consisting of SiOx, AlOx, and Al-silicates, which degrades the properties and thus the potential applications of the deposited structure. An in situ N2-NH3 plasma pretreatment of the HF-cleaned Si substrate was introduced, leading to a formation of a SixNyH layer on the substrate surface. The pretreatment was found to enhance the surface reactivity, as the inhibition period was restricted and linear ALD growth was obtained even after 5 cycles. Furthermore, interfacial Si oxidation was reduced, as the SixNyH layer was found to serve as an effective barrier for O diffusion and Si oxidation. The work presented in this thesis demonstrates the necessity of such integrated approaches to analyze the detailed phenomena involved in ALD. Such studies help in the thorough understanding of the ALD mechanisms, and consequently in elaborating solutions which restrict the drawbacks arising during the initial deposition steps. This could pave the way for the ALD process to industrially produce uniform and conformal nanometric thin films of high purity and abrupt interfaces, able to answer to the demands of the future electronic industry