Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.

Le paradoxe tibétain : Théodore Pavie et les explorateurs du Tibet

Si le Tibet figure en marge des voyages et de l'oeuvre de Théodore Pavie, il occupe pourtant une position-clé, quoique déconsidérée, dans le programme scientifique de l'auteur. L'orientaliste - indianiste et sinologue - s'est rendu en Inde et en Chine lors de son voyage de 1839, mais non au Tibet, alors encore largement inexploré. De surcroît, alors que Pavie succède à Eugène Burnouf, auteur éminent de l'Introduction au bouddhisme indien (1844), à la chaire d'études indiennes du Collège de France, ce n'est pas lui mais son condisciple Philippe-Edouard Foucaux qui prendra en charge l'enseignement du tibétain dans les milieux orientalistes parisiens. Dès lors, en quoi le nom de Pavie se rapporte-t-il à l'histoire des savoirs et des représentations du Tibet ?A Calcutta, notre voyageur fait la rencontre d'Alexandre Csoma de Kőrös, savant hongrois fondateur des études tibétaines. A son retour en France, alors même que l'on apprend en Europe l'exploit du père Huc, lequel missionnaire vient de pénétrer à Lhassa, Pavie rédige un article dans la Revue des Deux Mondes sur « Le Thibet et les études thibétaines » (1847). Cet article, pétri par un souffle romantique grandiose, articule savoirs et imaginaire sur le Tibet. Les Tibétains, sauvages et primitifs, à l'image de leur territoire, sont présentés comme les héritiers historiques des civilisations indienne et chinoise. Le Tibet apparaît dès lors comme le musée pétrifié du bouddhisme originel, que le savant peut reconstituer sous les traits - à ses yeux dégénérés - du « lamaïsme », et, en premier lieu, à travers les livres innombrables des bibliothèques des monastères tibétains - attirant sans le savoir l'attention du public français sur l'une des plus grandes littératures du monde. Tout en balisant un nouveau domaine d'études « interdisciplinaire » s'ouvrant à l'orientalisme, Pavie n'en vient-il pas à formuler ce que l'on pourrait appeler un paradoxe tibétain ? Comment le Tibet, isolé par-delà les plus imposantes chaînes de montagne du globe, peut-il être le dépositaire d'une des plus grandes civilisations de l'histoire humaine ? A l'orée de la grande période d'exploration du Tibet, l'orientaliste ne consacre-t-il pas une vision du Tibet qui fera fortune chez les voyageurs français de la seconde moitié du XIXe siècle ? Examiner ce pan de la tibétologie française naissante amène à croiser différentes figures de savants et d'explorateurs, en vue de dégager les processus par lesquels savoirs et représentations liés au Tibet se sont constitués à la fin du XIXe siècle.

L'expérience des grands brûlés de la face : épreuves sociales et travail de reconnaissance

L'épreuve « factuelle » et physique de la brûlure grave des grands brûlés de la face fait l'objet d'une analyse sociologique systématique : alors qu'un accident peut, en quelques secondes, provoquer une véritable rupture biographique, l'acceptation du nouveau statut et la « reconstruction » d'un rapport à soi et aux autres prend beaucoup de temps. Les modalités de cette reconstruction et les tentatives pour retrouver une impossible « apparence normale » dans la vie publique sont ici analysées. Tout en étant attentive aux modalités de l'interaction, la présente étude relève d'une démarche sociologique compréhensive menée à partir d'observations et d'entretiens conduits avec ces personnes, amenant dans le giron de la sociologie une expérience éprouvanteencore peu connue, celle des grands brûlés de la face. Le registre discursif adossé à cette dernière vient compléter certaines représentations véhiculées par les médias, les fictions et qui influent sur la perception et la visibilité de ceux-ci. A l'aune du concept d'épreuve issu de la « sociologie pragmatique », le parcours du grand brûlé peut être examiné en prêtant une attention particulière au moment initial du parcours post¬brûlure : l'accident. La mise en récit de cette première épreuve est révélatrice des tentatives pour le grand brûlé de maintenir un lien entre un avant et un après l'accident. S'ensuit un continuum d'épreuves intervenant dès le moment où les grands brûlés se présentent physiquement face à autrui dans l'espace public suscitant des réactions de gêne et de malaise. Dans le prolongement des travaux d'Erving Goffman, on peut les concevoir comme des motifs d'« inconfort interactionnel ». Cette mise en évidence de l'inconfort interactionnel montre la nécessité de ne pas se limiter à une sociologie de la brûlure grave qui s'attarderait seulement sur les ajustements des interactions. A partir des travaux d'Axel Honneth sur la reconnaissance, il est possible de lire cette gestion des situations d'interaction dans une autre optique, celle qui, pour le grand brûlé, consiste à se préserver du mépris. Ce travail met l'accent sur des habiletés interactionnelles, des compétences qui fonctionnent comme des ressorts et permettent au grand brûlé de gérer des situations susceptibles de conduire au mépris. En s'appuyant sur des situations d'interaction racontées, deux formes de lutte individuelle, de quête de reconnaissance, peuvent être dégagées : d'une part, la « lutte contre » la trop grande visibilité et contre la prégnance de certains préjugés et, d'autre part, la « lutte pour » faire connaître des aspects invisibles ou moins visibles de la brûlure grave. - This thesis analyzes the "factual" and physical ordeal of a severe burn as experienced by victims of severe facial burns. In a few seconds, an accident provokes a biographical rupture and persons involved need time to integrate their new status. This thesis concentrates on the "reconstruction" modes of the relationship with oneself and with others, and on attempts to find an impossible "normal appearance" in public life. While being attentive to the modalities of interaction, the study uses comprehensive sociology based on observations and interviews. This thesis brings into sociology litde known views of those suffering severe facial burns. These views supplement certain media representations that influence perceptions and visibility of the people involved. Applying the concept of test, a key concept of pragmatic sociology, the progression of a severely burned person can be described by focusing on the initial moment: the accident. The recounting of this first challenge reveals the severely burned person's efforts to link the "before" and "after" the accident. A continuum of challenges follows. These tests occur when the severely burned person physically faces others in a public space and when visible discomfort and embarrassment show, reactions which we consider, following Erving Goffman's works, as situations of "interactional discomfort." Emphasis on interactional discomfort shows the necessity of expanding the sociology of severe burns to more than just adjustments to interactions. Based on Axel Honneth's works, we can read the management of interactions from another point of view, in which the severely burned person tries to avoid contempt. This work emphasizes interactional aptitudes, skills that act like rebounding springs, and allow the severely burned person to manage situations that might lead to contempt. Starting with descriptions of interactions, we have determined two forms of individual struggle that appear to be a search for recognition: on one hand, the "struggle against" too much visibility and against the strength of certain prejudices, and, on the other hand, a "struggle for" making known rtain invisible or less visible aspects of a severe burn.

Conceptualisation et emploi du passé composé et de l'imparfait en français langue étrangère (L3) au Sri Lanka : l'impact du singhalais langue maternelle (L1) et de l'anglais langue seconde (L2)

Résumé: Notre étude chevauche deux domaines de recherche quasi indissociables : ceux de la linguistique et de la didactique des langues. Comme l'indique le sujet, elle examine la conceptualisation et l'emploi de deux notions aspecto-temporelles du français (le passé composé et l'imparfait), sous l'impact des connaissances grammaticales déjà acquises sur deux autres langues : le singhalais et l'anglais. Notre recherche relève des domaines de la psycholinguistique, de la linguistique acquisitionnelle et de la linguistique comparative. Toutefois, dans le cadre de cette étude, nous examinons ces notions grammaticales françaises et leurs équivalents présumés dans les deux autres langues comme étant des concepts relevant des langues à statuts sociaux spécifiques [à savoir, langue maternelle (L1), langue seconde (L2) et langue étrangère (L3)], dans un contexte particulier d'enseignement/apprentissage et d'acquisition de langue [à savoir, le contexte d'enseignement/apprentissage et d'acquisition du français langue étrangère (FLE) au Sri Lanka]. En ce sens, notre étude est également liée aux domaines de la sociolinguistique et de la didactique des langues, notamment, étrangères. Ce qui pourrait probablement distinguer cette recherche des autres, c'est qu'elle aborde certaines questions linguistiques et didactiques peu étudiées jusqu'ici. Entre autres, l'influence de deux langues sur l'enseignement/apprentissage d'une L3, l'enseignement/apprentissage des langues dans des contextes exolingues et le rôle des transferts dans la conceptualisation des notions grammaticales. Pourtant, lorsque nous avons choisi le contexte d'apprentissage du FLE au Sri Lanka comme terrain de recherche, nous avons également visé d'autres objectifs : examiner les systèmes verbaux de trois langues dont l'imbrication n'a pas encore été objet d'étude ; examiner le système verbal aspecto-temporel peu explicité du singhalais à la lumière des descriptions linguistiques occidentales ; vérifier certains préjugés concernant les liens de proximité et de distance entre les trois langues choisies et étudier les causes de ces préjugés. Notre corpus provient de plusieurs classes de FLE au Sri Lanka. Le public observé était constitué d'adolescents ou d'adultes bilingues ayant le singhalais en L1 et l'anglais en L2. Les cours choisis se distinguaient les uns des autres par plusieurs critères, mais travaillaient tous sur les notions du passé composé et de l'imparfait. A la conclusion de notre étude, nous avons constaté qu'un nombre important de nos hypothèses initiales se sont avérées véridiques. A titre d'exemples, les transferts entre les langues premières et la langue cible sont récurrents et non négligeables chez l'écrasante majorité des apprenants exolingues observés, et parfois, même chez leurs enseignants; si ces apprenants recourent à ces langues pour étayer leur apprentissage, ni leurs enseignants ni leurs manuels provenant de l'étranger ne les guident dans ce travail; les transferts ayant l'anglais pour origine l'emportent considérablement sur ceux provenant du singhalais. De même, suite à l'analyse contrastive des trois systèmes verbaux aspecto-temporels et à l'analyse du corpus, nous avons également eu un résultat imprévu : contrairement à une représentation répandue chez les apprenants singhalais, il existe des points convergents entre leur L1 et le français ; du moins, au niveau de l'emploi de certains temps du passé. Un fait dont on était jusqu'ici ignorants mais dont on peut sûrement profiter dans les cours de FLE au Sri Lanka. Suite à ces observations et à la fin de notre thèse, nous avons fait quelques recommandations didactiques afin d'améliorer les conditions d'enseignement/apprentissage des langues étrangères, au Sri Lanka et ailleurs. Abstract: Our research is related to the fields of both linguistics and didactics, two research areas which are almost inseparable. As the title shows, the thesis examines the issue of conceptualizing and using of two grammatical (aspectual and temporal) concepts of the French language (le passé composé and l'imparfait), under the influence of previously acquired grammatical knowledge of two other languages: Sinhalese and English. Thus, our research is linked to the domains of psycholinguistics, acquisitional linguistics and comparative linguistics. However, within the framework of this study, we will consider the above-mentioned two French grammatical concepts and their presumed equivalents in the other two languages as concepts belonging to three languages with specific social status [i.e. first language (L1), second language (L2) and foreign language (L3)], taught/learnt/acquired in a particular language teaching/learning context [the context of teaching/learning of French as a foreign language (FFL) in Sri Lanka]. In that sense, our study is also associated with the fields of sociolinguistics and language teaching, especially foreign language teaching. What could probably make this study outstanding is that it studies certain linguistic and didactic issues which have not yet been studied. For example, it examines, among other issues, the following: the influence of two languages (i.e. mother tongue -L1 & second language -L2) on the teaching/learning process of a third language (i.e. foreign language- L3); foreign language teaching and learning in an exolingual context (where the target language is not spoken outside the classroom); the role of language transfers in the process of grammatical notion conceptualization. However, in selecting the FFL teaching/learning context in Sri Lanka as our field of research, we had further objectives in mind : i.e. 1) studying the verb systems of three languages whose combination has never been studied before ; 2) studying the aspectual-temporal formation of the Sinhalese verb system (which is hardly taught explicitly) in the light of the linguistic descriptions of dominant European languages; 3) verifying certain preconceived ideas regarding the proximity and the distance between the three chosen languages, and 4) studying the causes for these preconceptions. Our corpus is obtained from a number of FFL classes in Sri Lanka. The observed student groups consisted of bilingual adolescents and adults whose first language (L1) was Sinhalese and the second language (L2) was English. The observed classes differed in many ways but in each of those classes, a common factor was that the students had been learning some aspect of the two grammatical concepts, le passé composé and l'imparfait. Having completed our study, we now see that a considerable number of our initial hypotheses are proven correct. For example, in the exolingual French language teaching/learning context in Sri Lanka where we carried out our research, language transfers between the first and target languages were recurrent and numerous in the work of the greater majority of the observed language learners, and even their teachers; these transfers were so frequent that they could hardly be ignored during the teaching/learning process ; although learners turned to their first languages to facilitate the learning process of a new language, neither their teachers, nor their text books helped them in this task; the transfers originating from English were far too numerous than those originating from Sinhalese; however, contrary to the popular belief among many Sinhalese learners of French, the contrastive analysis of the three aspectual-temporal verb systems and the study of our corpus helped us in proving that there are common linguistic features between the Sinhalese and the French languages ; at least, when it comes to using some of their past tenses. This is a fact which had been ignored up to now but which could probably be used to improve French teaching/learning in Sri Lanka. Taking all observations into account, we made some pedagogical recommendations in the concluding part of our thesis with the view of improving foreign language teaching/learning in Sri Lanka, and elsewhere.

Communication du risque en médecine des voyages [Risk communication in travel medicine].

Les recommandations en termes de prévention contre la malaria pour les pays à risques modéré à faible diffèrent entre les pays, malgré le fait que les personnes soient exposées à un risque identique dans les pays qu'ils visitent. Pour inclure les voyageurs dans la réflexion, des outils de partage de la décision ont été développés et testés dans cette population. Leur utilisation a montré que la majorité des personnes choisissent de ne pas prendre de chimioprophylaxie en avançant des raisons valides. Le développement d'aides décisionnelles répondant à des critères reconnus est prévu et permettra d'améliorer la pertinence des recommandations. Les aides décisionnelles permettront aussi aux voyageurs de faire un choix de prévention avec les soignants au plus près de leurs valeurs et préférences, tout en respectant les règles de l'éthique médicale. Recommendations for malaria prevention for travelers planning a trip in medium to low risk countries differ between countries, despite the fact that people are exposed to the same risk in the travelled country. Decision aids have been developed and tested in a population of travelers planning a trip in such countries n order to present travelers the various prevention options and involve them in the decision. The use of the decision aid showed that he majority of people choose not to take chemoprophylaxis and that they could motivate their choice with valid reasons. The development of decision aids based on recognized quality criteria is foreseen; these will allow to improving the relevance of the recommendations and enable travelers to choose a prevention option that will be the closest to their values and preferences while following to the principles of medical ethics.

Wonderalp. Une science émerveillée. Les Alpes et la culture de la curiosité

WonderAlp est un cabinet de curiosités réalisé à partir d'une documentation provenant d'anciens ouvrages de voyages dans les Alpes. L'app présente des images de dragons, de fossiles, de cristaux, de plantes, d'animaux, de phénomènes naturels. Elle donne des clés pour retrouver et comprendre l'émerveillement devant la nature qui animait la science à l'époque de la curiosité (XVIe-XVIIIe siècles). WonderAlp is a cabinet of curiosities that transforms your iPad or Android into an Early Modern Wunderkammer. It displays objects discovered in the Alps during the early period of exploration. These are grouped under three titles : "Dragons of the Alps", "Fossils and Crystals", "Plants to Landscapes". It helps apprehend a natural world that is both rational and wonderful, scholarly and popular, unlike the compartmentalized thinking of modern life.