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Itinéraire de Jean-Pierre Hansen Enfance et orientation initiale Comité pour l’histoire du CNRS (CHC) Commençons si vous le voulez bien par le commencement : vos années de formation. Jean-Pierre HANSEN (JPH) Le Luxembourg était un pays de la sidérurgie. A l’école primaire, vers la fin des années 1940, on apprenait que le Luxembourg était le septième producteur mondial d’acier pour une population de 300 000 habitants. Mon père était élève à l’École des mines de Paris (EMP), qui donne sur le Ja...

Les matériaux à changement de phase biosourcés (bio-MCP) sont des matériaux dérivés de sources biologiques renouvelables, telles que les huiles végétales et les graisses animales. Ces matériaux ont des capacités de chaleur latente élevées et peuvent stocker et libérer de grandes quantités d'énergie thermique lors des processus de changement de phase. Les bio-MCP sont des alternatives écologiques et durables aux MCP synthétiques traditionnels, qui sont souvent dérivés de sources pétrochimiques non renouvelables. Cette étude vise à fournir une caractérisation complète des matériaux à changement de phase (MCP) biosourcés en utilisant la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la viscosimétrie, la pycnométrie et les mesures de conductivité. En comprenant les propriétés thermiques et le comportement de ces matériaux, nous espérons contribuer au développement et à l'optimisation de MCP biosourcés pour diverses applications. Les résultats ont montré que MCP1, MCP2 et MCP3 ont des points de fusion relativement faibles par rapport à la cire d'abeille. De plus, la température d'apparition de la première gouttelette du MCP1 est d'environ 27$^{\circ}$C, ce qui le rend potentiellement plus adapté à certaines applications de gestion thermique. De plus, il a été trouvé que MCP1 est plus dense que les deux autres lorsque la température est inférieure à 80$^{\circ}$C. La conductivité thermique de tous les matériaux à changement de phase est approximativement la même et leurs viscosités sont approximativement les mêmes dans leurs phases liquides ; nous avons trouvé un nouveau modèle pour définir la chaleur spécifique d'un matériau à changement de phase dans ses trois phases, y compris la zone pâteuse, ce modèle s'est avéré être la meilleure régression et le plus stable parmi tous les autres modèles trouvés dans la littérature. Le modèle de Carreau-yasuda a été utilisé pour définir la viscosité dynamique de PCM1 en fonction de la température et du taux de cisaillement avec une erreur relative inférieure à 2\%.

Une campagne de mesures effectuées dans les caves d'affinage d'une entreprise a permis d'identifier les évènements régissant l'évolution des concentrations ambiantes en particules et en CO2 dans le temps et ce, pour plusieurs zones de l'entreprise. Elle confirme que le brossage manuel des fromages est à l'origine d'émissions massives de particules dans l'air des caves. L'air de ces caves peut également être caractérisé par des niveaux élevés de concentrations en CO2. Les mesures suggèrent que les particules et gaz émis dans les caves sont transférées dans la couloir, ce que confirme l'étude aéraulique. L'augmentation du débit d'air neuf dans la cave est un des paramètres clés pour réduire la concentration moyenne au sein des caves, mais a un impact très limité sur l'exposition aux moisissures du fait de la proximité des salariés avec la source d'émission lors du brossage., A measurement campaign carried out in the cheese ripening rooms of a company made it possible to identify the events governing the evolution of ambient concentrations of particles and CO2 over time for several zones. It confirms that the manual brushing of cheeses is at the origin of massive emissions of particles into the air of the ripening rooms. The air in these cellars can also be characterised by high levels of CO2 concentrations. The measurements suggest that the particles and gases emitted in the cellars are transferred to the corridor, which is confirmed by the ventilation study. Increasing the flow of fresh air into the cellar is one of the key parameters to reduce the average concentration within the cellars, but has a very limited impact on mould exposure due to the proximity of the employees to the source of emission during brushing.

Il est du devoir de l'humanité de conserver les vestiges de son Histoire pour les générations futures. Parmi eux, la grotte de Lascaux, présentant des peintures datant de 20 000 ans, subit les assauts du temps et requiert l'aide humaine. Même si elle est restée dans le même état que lors de sa découverte, nous devons comprendre les mécanismes déclencheurs des altérations des parois, principalement les cycles condensation-évaporation. Ces phénomènes résultent indirectement des variations saisonnières de la température extérieure. L'énergie provenant de la surface se propage ainsi par conduction thermique dans la roche jusqu'à la grotte. De par la nature hétérogène d'un milieu karstique, une modélisation thermique du massif reposant sur des propriétés homogènes aboutit à des imprécisions trop importantes pour une étude rigoureuse de la condensation. C'est dans ce contexte qu'une caractérisation du massif rocheux entourant la grotte a été conduite, afin d'être en mesure de modéliser plus finement la propagation de la chaleur. La première étape fut de diviser numériquement le massif en plusieurs zones dont les propriétés thermiques pouvaient être supposées homogènes. Pour ce faire, des campagnes de mesures de résistivité électrique dans la roche furent menées. Une classification a ensuite été effectuée à partir de ces données, permettant ainsi de regrouper les zones de résistivités proches entre elles. Le lien existant entre les conductivités électriques et thermiques pour les roches nous permet de faire l'hypothèse que les zones regroupées selon la résistivité électrique représentent la réalité thermique du massif. Sept zones, supposées présenter des propriétés thermiques homogènes, partitionnent fictivement l'environnement de la grotte. Les sept diffusivités thermiques inconnues doivent être déterminées à partir des mesures de température dans la roche, effectuées en plusieurs points à l'intérieur de la grotte depuis des dizaines d'années. Il est important de noter que la faible vitesse de propagation des ondes thermiques dans la roche induit des déphasages de l'ordre du semestre voire de l'année dans les parties profondes de la grotte (20 mètres). De plus, l'amortissement des ondes conduit à des variations thermiques de l'ordre de quelques dixièmes de degrés dans la cavité. Il s'agit donc de résoudre un problème d'optimisation, qui décrit une physique dont le temps caractéristique est de plusieurs années, en se basant sur des données variant faiblement. Cette résolution est effectuée à l'aide de méthodes inverses. La méthode de Nelder-Mead s'est révélée être la plus robuste et la plus rapide pour résoudre ce problème mathématique. Une étude préliminaire visant à minimiser l'écart entre les températures modélisées et expérimentales n'a pas mené à une solution physique à cause de la nature du problème. Cependant, un raisonnement basé sur l'amortissement et le déphasage de l'onde a permis de déterminer des diffusivités thermiques, mathématiquement et physiquement acceptables.

Les systèmes de stockage de l'énergie Thermique (TES) sont utilisés pour stocker/déstocker la chaleur dans un large éventail d'applications qui présentent un comportement intermittent, comme les bâtiments, les systèmes solaires, ou certains systèmes industriels. Les matériaux à changement de phase (MCP) sont classiquement utilisés dans les TES afin d'augmenter leur capacité de stockage, mais ils influencent aussi de manière très significative leur comportement dynamique. Un TES avec MCP attaché à un système dynamique doit être dimensionné en particulier de manière à ce que sa constante de temps réponde à la dynamique des besoins de stockage et de déstockage de la chaleur. De nombreux paramètres influencent les performances thermiques des MCP et ils doivent être utilisés en fonction de leur plage de température de changement de phase afin de correspondre aux besoins de l'application ciblée. Dans la littérature scientifique, les TES avec MCP ont été étudiés ces dernières années par des méthodes expérimentales et numériques le plus souvent en considérant la fusion du MCP dans une enceinte de forme généralement parallélépipédique et sous des conditions aux limites stationnaires fixes en température ou en flux. Peu d'études expérimentales ou numériques ont été réalisées avec des conditions aux limites instationnaires. En outre, beaucoup de ces investigations sont menées en configuration unidimensionnelle et en ne considérant que le mode conductif alors que la convection naturelle est négligée. Pourtant, certaines études ont établi que la convection libre joue un rôle clé dans le transfert de chaleur dans les MCP. Dans le présent travail, un modèle numérique est proposé pour étudier le comportement dynamique d'un TES avec MCP en considérant une configuration 2D avec des conditions aux limites cycliques et en prenant en compte la convection libre. Le MCP utilisé est la paraffine RT42. La géométrie considérée est une enceinte parallélépipédique remplie de ce MCP avec une condition aux limites de température cyclique imposée sur un côté alors que les autres parois sont isolées. L'effet de l'amplitude et de la fréquence de la température imposée sont étudiés avec l'objectif d'optimiser la conception des TES à MCP fonctionnant en régime dynamique de charge et décharge de la chaleur. Des simulations numériques 2D sont réalisées en utilisant un modèle dit « enthalpie–porosité » et un code commercial de CFD. Ce modèle nous permet de déterminer les champs de températures et de vitesses dans le milieu, de suivre les mouvements de l'interface solide/liquide et d'étudier ainsi la réponse globale du système à toute excitation cyclique. Un dispositif expérimental dédié est en cours de montage et permettra de valider le modèle et d'étudier différentes configurations, avec en particulier une où des ailettes de différentes longueurs qui seront utilisées pour améliorer la dynamique du transfert de chaleur entre la source et le MCP.

The aim of this thesis is to implement a more realistic description of the structural and chemical heterogeneities. In many alloys and for instance in the steels used as structural materials in nuclear power plant pressurized reactors, solute can segregate to grain boundaries under thermal ageing or irradiation. These solute segregations can affect the mechanical properties of the materials, by either reinforcing the grain boundary cohesion (like carbon) or reducing it (like phosphorous). In order to predict the segregation of these solutes, models such as the ones derived by Mac Lean for binary systems or Guttmann for multi-component systems, require the knowledge of solute – grain boundary energies, which depend on the grain boundary characteristics. These data can be obtained by simulation at the atomic scale and are currently known only for few high symmetry tilt grain boundaries (e. g. ∑3, ∑5). In this work, six different (100) twist grain boundaries with more complex structure than tilt grain boundaries, that span low to high angle misorientations generated in for Fe have been investigated. Due to their complex structure, their minimum ground state structure is difficult to determine. A large part of this thesis has been dedicated to the establishment of twist grain boundary construction methodologies. This work relies heavily on EP calculations made and analyses the diversity of grain boundaries constructed. Usually, classical ɣ-method is used. In this thesis two methods using ɣ-method as an initial step have been developed. The addition of SIA sequentially inside a twist grain boundary structure, permits to approach a ground state, however a combination of a melt and quench treatment and addition of SIA seems to be more efficient to find a ground state grain boundary microstructure. The interaction of twist grain boundary constructed, with phosphorus has been calculated and analyzed based on different descriptors. White Coghlan segregation model which is adapted for atomistic studies has been used to quantify phosphorus segregation. The integration of the impact phosphorus segregation behavior on microstructure evolution in Kinetic Monte Carlo simulations is the subject of a future work. These advances will permit to envisage more quantitative simulations under PWR-type irradiation conditions over several decades of operation, and to better understand the radiation damage mechanisms of ferritic alloys at different scales; Le but de cette thèse est de mettre en œuvre une description plus réaliste des hétérogénéités structurelles et chimiques. Dans de nombreux alliages comme les aciers utilisés en tant que matériaux de structure dans les réacteurs sous pression des centrales nucléaires, les solutés peuvent venir ségréger au niveau des joints de grains par vieillissement thermique ou irradiation. Ces ségrégations de solutés peuvent affecter les propriétés mécaniques des matériaux, soit en renforçant la cohésion de la limite du joint de grain (comme le carbone) ou en la réduisant (comme le phosphore). Afin de prédire la ségrégation de ces solutés, les modèles tels que ceux dérivés par Mac Lean pour les systèmes binaires ou Guttmann pour les systèmes multi-composants, nécessitent la connaissance des énergies soluté – joint de grain, qui dépendent des caractéristiques des joints de grain. Ces données peuvent être obtenues par simulation à l’échelle atomique et ne sont actuellement connues que pour quelques joints de grain de flexion à symétrie élevée (par exemple : ∑3 et ∑5). Dans ce travail, on a étudié six joints de grain de torsion (100) différents, dont la structure est par définition plus complexe que les joints de grain de flexion, qui s’étendent sur des désorientations de faibles à élevées, générés pour Fe. En raison de leur structure complexe, les microstructures de plus basse énergie sont difficiles à déterminer. Une grande partie de cette thèse a été consacrée à l’établissement de méthodologies de construction des joints de grains de torsion. Ce travail s’appuie fortement sur les calculs en potentiel empiriques et l’analyse la diversité des joints de grain de torsion construits. La ɣ-méthode est la méthode la plus communément utilisée pour trouver un joint de grain de plus basse énergie. Dans cette thèse, deux méthodes utilisant la méthode ɣ comme première étape de construction, ont été développées. L’ajout de SIA séquentiellement à l’intérieur d’une structure de joint de grain de torsion permet d’approcher l’état de minimum d’énergie, mais une combinaison d’un traitement de fusion et de trempe et l’ajout de SIA séquentiellement semble être plus efficace pour déterminer une microstructure de plus basse énergie. L’interaction d’un joint de grain de torsion avec le phosphore a été calculée et analysée à partir de différents descripteurs. Le modèle de ségrégation de White Coghlan, adapté aux études atomistiques, a été utilisé pour quantifier la ségrégation du phosphore. L’intégration de l’impact du comportement de ségrégation du phosphore sur l’évolution de la microstructure dans les simulations de Monte Carlo Cinétique fera l’objet de futures études. Ces avancées permettront d’envisager des simulations plus quantitatives dans des conditions d’irradiation de type REP sur plusieurs décennies d’exploitation, et de mieux comprendre les mécanismes de dommages par rayonnement des alliages ferritiques à différentes échelles

In the realm of applied mathematics, this Ph.D. proposal is related to the numerical solution of partial differential equations through the discretization of the associated dependent variables. In the frame of finite element analysis, it is focused on the construction of high-order schemes on polygonal meshes. The industrial application of such developments is the solution to the Boltzmann equation that describes the transport of neutrons within the core of a nuclear reactor. In this context, many modern codes use a finite-element-based discretization (more precisely, an upwind discontinuous Galerkin scheme) on triangular or quadrilateral meshes spanning the spatial domain. This efficient and versatile method is well suited for the development of adaptive mesh refinement techniques. The objective of this Ph.D. work is the analysis and the development of such a scheme optimised for honeycomb meshes (i.e composed of regular hexagons) that are typical of the assembly pattern in sodiumcooled fast reactors. From the application point of view, this optimisation is required in order to improve the time-consuming multiphysics simulations of accidental transient for such reactors. In order to reach this goal, the idea is to construct high-order finite element bases over the hexagon. In particular, the development of such a new scheme will encompass a p−adaptive mesh refinement procedure that requires an a posteriori error estimation in such a way that the scheme order can be locally increases in order to decrease the error in an optimal way with respect to the computational time.; Cette proposition de thèse s'inscrit dans le cadre mathématique de la résolution numérique d'équations aux dérivées partielles par le biais d'une discrétisation des variables dépendantes. Elle s'intéresse, dans un formalisme d'éléments finis, à la construction de schémas d'ordre élevé (au sens de l'espace discrétisé) sur des maillages polygonaux. Le cadre industriel applicatif est la résolution de l'équation de Boltzmann appliquée au transport des neutrons dans le cœur d'un réacteur nucléaire. Dans ce contexte, beaucoup de codes modernes de calcul s'appuient sur une discrétisation par éléments finis (plus précisément, un schéma Galerkin discontinu décentré amont) pour des maillages triangulaires ou quadrilatères du domaine spatial. Cette méthode performante et polyvalente est propice au développement de méthodes de raffinement de maillage adaptatives. L'objectif de cette thèse est l'analyse et le développement d'un tel schéma optimisé pour des maillages en “nid d'abeille” (pavage hexagonal régulier) caractéristiques des réseaux d'assemblages des réacteurs rapides refroidis au sodium. Du point de vue applicatif, cette optimisation est requise pour l'amélioration des simulations multiphysiques coûteuses des transitoires accidentels de ces réacteurs. Pour atteindre cet objectif, on cherchera à mettre au point des bases d'éléments finis d'ordre élevé écrites directement sur l'hexagone. En particulier, on s'intéressera pour ce nouveau schéma au raffinement adaptatif en ordre qui requiert une estimation de l'erreur de discrétisation a posteriori pour permettre d'augmenter localement l'ordre du schéma afin de réduire l'erreur de manière optimale vis-à-vis du coût de calcul.

La bio-modélisation numérique est un domaine hautement multidisciplinaire à la frontière entre la biologie, la physique, les mathématiques et l'informatique. Il s'agit d'un domaine en pleine effervescence grâce à une habile exploitation des avancées informatiques et algorithmiques. Parmi ses sujets d'étude, on retrouve les protéines, des molécules de grand intérêt. En effet, elles sont des nanomachines jouant des fonctions primordiales pour la survie de tout organisme. En plus de leurs fonctions naturelles, certaines protéines sont associées au développement de diverses maladies ou pourraient servir de molécules thérapeutiques. La vision traditionnelle de la biologie moléculaire stipule que les fonctions des protéines sont étroitement liées à leur structure tri-dimensionnelle elle-même déterminée par les propriétés physico-chimiques de la séquence en acides aminés. Ainsi, l'étude de la structure est indispensable. Les méthodes de la bio-modélisation numérique, en partenariat avec l'expérience, sont particulièrement appropriées pour l'étude des protéines. Cette thèse s'articulera donc autour de trois classes de méthodes qui permettent d'étudier divers aspects des protéines. Le premier chapitre présentera les améliorations apportées à PEP-FOLD, une méthode simplifiée pour la prédiction structurelle \emph{de novo} des petits peptides. Deux des trois éléments-clés de PEP-FOLD ont été peaufinés, l'alphabet structurel et le potentiel gros-grain sOPEP, avec comme résultat une amélioration de la qualité des prédictions. Cette nouvelle version est comparée aux méthodes de prédictions utilisant les plus récents développements de l'apprentissage machine. Le second chapitre présentera les résultats de simulations numériques sut deux petites molécules thérapeutiques contre la COVID-19, grâce à des méthodes basées sur la physique. En collaboration avec les résultats expérimentaux, nos simulations montrent que nos deux molécules pourraient prévenir des interactions cruciales pour l'émergence de la maladie. Finalement, le dernier chapitre présentera quelques résultats préliminaires au développement du potentiel simplifié aaOPEP, qui permettra d'étudier les processus d'agrégation et de fibrillation de la protéine $\beta$-amyloïde, associés à l'apparition de la maladie d'Alzheimer. Ce processus étant fondamentalement multi-échelle, au niveau spatial et temporel, le développement de méthodes simplifiées est essentiel pour obtenir le portrait global du phénomène., Molecular modeling is a multidisciplinary enterprise combining the fields of biology, physics, mathematics and informatics. By utilizing improvements in both computer hardware and algorithms, the field is experiencing a spectacular growth in the past two decades. Proteins are nanomachines and play multiple essential functions in the life of every organisms. Additionally, proteins are also associated with the emergence of many diseases and could also be used as therapeutic molecules. In the classical view of molecular biology, protein's functions are closely related to its tri-dimensional structure, which is encoded by the chemical properties of the amino acid sequence. Therefore, the study of protein's structure is of fundamental importance. Tools from molecular modeling are, in partnership with experimental techniques, very well suited to study proteins. The following thesis will be divided into three main classes of techniques, each able to study a wide range of protein's characteristics. The first chapter present improvements made to PEP-FOLD, a simplified, freely-available online and successful technique for \textit{de novo} peptide-structure prediction. Two of the three key components of PEP-FOLD were revisited in this work; the structural alphabet and the coarse-grained potential sOPEP. These modifications lead to an important increase in the quality of PEP-FOLD's predictions. A thorough comparison with state-of-the-art machine learning techniques is made and we highlight key successes and possible future improvements. The second chapter present the study of potential therapeutic molecules against COVID-19 using physics-based techniques. These results, combined with experimental data from immunobinding assay and SPR microscopy, showed that our two small molecules could prevent key interactions between the wild-type/mutant SARS-CoV-2 and the cells of the host and therefore could potentially be potent therapeutic molecules against COVID-19. Finally, the last chapter present preliminary results about the development of the new aaOPEP forcefield designed to study the multi-scale process of amyloid-$\beta$ aggregation and fibrillation, associated with the Alzheimer disease. This new potential will take the core ideas of the coarse-grained potential OPEP into the all-atom regime and will allow to study bigger systems over longer time-scale.

La France prépare une réponse au prochain appel à manifestation d’intérêt (AMI) d’EuroHPC1 en vue d’héberger et opérer l’une des machines européennes exaflopiques prévues en Europe à l’échéance de 2024 au sein d’un consortium dont GENCI est la “Hosting Entity” et le TGCC au CEA le “ Hosting Site ”. Ce rapport présente une vision de l'état actuel des applications des organismes impliqués dans le Projet Exascale France et le dimensionnement des besoins techniques et humains relatifs à ces applications qui leur permettront de s’exécuter sur des machines exaflopiques, afin de rester compétitif dans le paysage mondial du numérique et de mieux dimensionner la réponse française à l’AMI d’EuroHPC. Ce rapportpropose quatre recommandations majeures, transverses à toutes les communautés de recherche concernées par l’exascale et un focus particulier sur les ressources humaines nécessaires pour les applications recensées.

International audience; La modélisation atmosphérique à très fine échelle permet d’analyser la dynamique de l’îlot dechaleur urbain en contexte de topographie complexe. Deux simulations (Urbaine et Non-Urbaine) mettenten évidence les effets associés à l'urbanisation. La taille des agglomérations, dans le cas de Lyon etGrenoble, n'influence pas la différence de température entre les deux simulations. Les conditions destabilité influencent fortement ces différences. L'ICU peut être intensifié par l'affaiblissement du vent oul’effet de piégeage et/ou le développement d’une couche d’inversion.

The numerical simulation codes based on element and finite volume methods require discretizing the studied domain - for example a mechanical part such as a motor, an airplane wing, a turbine, etc. - using a mesh. In 3 dimensions, a mesh is a set composed of simple volumic elements, most often tetrahedrons or hexahedra, which partition the field of study. The choice of tetrahedrons or hexahedra is mainly dictated by the application (fluid-structure interaction, hydrodynamics, etc.). If the automatic generation of tetrahedral meshes is a relatively controlled process today, generating hexahedral meshes is still an open problem. This is problematic for applications that just imperatively require hexahedral meshes since their generation is done semi-automatically, which can take several weeks to several months of engineer time! While the time devoted to the digital simulation process itself tends to decrease due to the power of the machines used, the bottleneck is now in the preparation of the data, namely to obtain a CAD model adapted to the computation, then generate a mesh.It is in this context that we propose to develop a hybrid approach combining:1. The development of (semi) -automatic algorithms for generating and modifying block-structured hexahedral meshes;2. The implementation of an interactive graphic software dedicated to the manipulation of block structures. The interaction mechanisms will also be used to guide the algorithms in their decision-making, whether at initialization (criteria to be affixed to particular CAD entities) or in the course of an algorithm (decision between several options on which the algorithm cannot pronounce itself).The objective of this thesis is therefore not to provide a universal automatic solution, which seems unattainable at present, but rather to reduce the engineering time devoted to the generation of the mesh by providing more adapted tools. In this context, we propose to place the study as an extension of [LED10, KOW12, GAO15, GAO17], which considered the problem of simplification and enrichment of hexahedral meshes by insertion and removal of mesh layers. In all these works, the proposed algorithms are simple 'greedy' algorithms where the mesh is modified step by step to converge towards a final solution Ef: At each step Ei, one makes the hypothesis that the 'best' solution Ef will be obtained by making the 'optimal' choice for Ei. However, in operational research, such an approach is known to be perfectible since the problem of optimization treated is nonlinear. The idea is to use usual approaches in operational research and more specifically multi-agent systems, coupled to interactive tools, to allow the generation of block structures on complex CA0s.; Les codes de simulation numérique reposant sur des méthodes de type éléments et volumes finis requièrent de discrétiser le domaine étudié – par exemple une pièce mécanique telle qu’un moteur, une aile d’avion, une turbine, etc. – à l’aide d’un maillage. En dimension 3, un maillage est un ensemble composé d’éléments volumique simples, le plus souvent des tétraèdres ou des hexaèdres, qui partitionnent le domaine d’étude. Le choix de tétraèdres ou d’hexaèdres est principalement dicté par l’application (interaction fluide-structure, hydrodynamique, etc.). Si la génération automatique de maillages tétraédriques est un processus relativement maîtrisé aujourd’hui, générer des maillages hexaédriques est toujours un problème ouvert. Ceci est problématique pour les applications qui justement nécessitent impérativement des maillages hexaédriques puisque leur génération se fait de façon semi-automatique, ce qui peut prendre plusieurs semaines à plusieurs mois de temps ingénieur ! Alors que le temps consacré au processus de simulation numérique à proprement parler tend à diminuer du fait de la puissance des machines utilisées, le goulot d’étranglement est désormais dans la préparation des données, à savoir obtenir un modèle de CAO adapté au calcul, puis en générer un maillage.C’est dans ce contexte que s’inscrit la thèse proposée en suivant une approche hybride mêlant :1.Le développement d’algorithmes (semi)-automatiques pour générer et modifier des maillages hexaédriques structurés par blocs ;2.La mise en place d’un logiciel graphique interactif dédié à la manipulation de structures de blocs. Les mécanismes d’interaction seront en outre utilisés pour guider les algorithmes dans leurs prises de décision, que ce soit à l’initialisation (critères à apposer sur des entités particulières de CAO) ou en cours d’algorithme (décision entre plusieurs options sur lesquelles l’algorithme ne peut se prononcer seul).L’objectif de cette thèse n’est donc pas de fournir une solution automatique universelle, ce qui semble inatteignable actuellement, mais plutôt de réduire le temps ingénieur consacré à la génération du maillage en fournissant des outils plus adaptés. Dans cette optique, nous proposons de placer l’étude dans le prolongement de [LED10, KOW12, GAO15, GAO17], où est considéré le problème de simplification et d’enrichissement de maillages hexaédriques par insertion et suppression de couches de mailles. Dans tous ces travaux, les algorithmes proposés sont des algorithmes simples de type « glouton » où le maillage est modifié pas à pas pour converger vers une solution finale Ef : A chaque étape Ei, on fait l’hypothèse que la « meilleure » solution Ef sera obtenue en faisant le choix « optimal » pour Ei. Or en recherche opérationnelle, une telle approche est connue comme perfectible dès lors que le problème d’optimisation traité est non linéaire. L’idée est donc d’utiliser des approches usuelles en recherche opérationnelle et plus spécifiquement des systèmes multi-agents, couplées à des outils interactifs, pour permettre la génération de structures de blocs sur des CA0 complexes.

Currently, bio-based insulating building materials are designed with the goal of reducing energy and non-renewable resource consumption. Once their multiphysical properties are characterized at the material scale, it is necessary to study their behavior at the wall andbuilding scale. The experimental and numerical study at the wall scale is performed in a controlled environment. The test wall in bio-sourced materials is implemented as a partition wall of a bi-climatic device, which allows to simulate indoor and outdoor climates. These climates correspond to French and Tunisian summer and mid-season climates. The numerical simulations are performed with the WUFI Pro 6.5 software. The hygrothermal behavior of the wall is analyzed from the kinetics and profiles of temperature, relative humidity and vapor pressure. The thermal and hygric resistances of the wall are identified. The behavior in dynamic regime is characterized by the damping and the phase shift of temperature and vapor pressure as well as by flow balances. The in-situ study concerns a renovated hemp concrete building located in Normandy. The results are analyzed in terms of thermal comfort, energy consumption and hygrothermal behavior of hemp concrete walls., Actuellement, les matériaux de construction isolants biosourcés sont conçus dans le but de réduire les consommations d'énergie et de ressources non renouvelables. Une fois que leurs propriétés multiphysiques sont caractérisées à l'échelle du matériau, il est nécessaire d'étudier leur comportement à l'échelle de la paroi et du bâtiment. L’étude expérimentale et numérique à l'échelle de la paroi est réalisée en ambiance contrôlée. Le mur d'essai en matériaux bio-sourcés est implémenté comme mur de séparation d'un dispositif bi-climatique, qui permet de simuler des climats intérieurs et extérieurs. Ces climats correspondent à des climats français et tunisiens estivaux et de mi-saison. Les simulations numériques sont réalisées avec le logiciel WUFI Pro 6.5. Le comportement hygrothermique de la paroi est analysé à partir des cinétiques et des profils de température, d’humidité relative et de pression de vapeur. Les résistances thermique et hygrique de la paroi sont identifiées. Le comportement en régime dynamique est caractérisé par l’amortissement et le déphasage de température et de pression de vapeur ainsi que par des bilans de flux. L’étude in-situ porte sur un bâtiment rénové en béton de chanvre situé en Normandie. Les résultats sont analysés en terme de confort thermique, de consommations énergétiques et de comportement hygrothermique de parois en béton de chanvre.

National audience; Les dégâts causés en milieu urbain par les inondations et pluies diluviennes peuvent être catastrophiques. Les outils de modélisation peuvent aider à prédire l'évolution de certains phénomènes et permettent d'esquisser les différents scénarios possibles...

High energy density matter is at the heart of many physical systems such as stellar plasmas or fusion plasmas, for example. The best way to recreate these extreme conditions in the laboratory is to use ultra-high intensity lasers (10¹⁷⁻²³ W/cm²) with ultrashort pulses (~ ten of femtoseconds). The study of the rich and complex physics resulting from these interaction systems requires the use of numerical simulation. The particle-in-cell (PIC) codes are particularly suitable tools for these spatial (~ nm) and temporal (~ fs) scales. However, in their original formulation, they do not allow inter-particle interactions to be taken into account, thus leading to neglect atomic physics processes and radiative transport. This observation led to their coupling with Monte Carlo (MC) algorithms, often based on the estimation of the cross section of the considered process. Although this contribution allowed to integrate a certain number of processes into the main PIC codes, the latter often present partial description of atomic physics, in particular for high density plasmas (ni > 10²² cm⁻³) and moderate temperature (Te < 1 keV). To overcome this defect, we propose a PIC-MC model of atomic and radiative physics including: (i) the lowering of ionization potentials due to density effects; (ii) the collisional ionization resolved on the atomic fine structure; (iii) the three-body recombination; (iv) the atomic de-excitation by cascade based on instantaneous (radiative and Auger) emission tables; (v) the photoionization; (vi) the radiative recombination; (vii) the Compton scattering. The effect of these processes will be illustrated in the CALDER code, developed at CEA/DAM, in the context of out-of-equilibrium plasmas undergoing thermalization or in the interaction of solid aluminum targets with ultra-high intensity lasers or X photonic beams such as those emitted by free-electron lasers.; La matière à haute densité d'énergie est au coeur de nombreux systèmes physiques tels que les plasmas stellaires ou les plasmas de fusion, par exemple. Le meilleur moyen de recréer ces conditions extrêmes en laboratoire est l'utilisation de lasers d'ultra-haute intensité (10¹⁷⁻²³ W/cm²) présentant des impulsions ultracourtes (~ dizaine de femtosecondes). L'étude de la physique riche et complexe qui découle de ces systèmes d'interaction nécessite de faire appel à la simulation numérique. Les codes de type particle-in-cell (PIC) sont des outils particulièrement adaptés à ces échelles spatiale (~ nm) et temporelle (~ fs). Cependant, ils ne permettent pas, dans leur formulation originelle, de prendre en compte les interactions inter-particules, les amenant donc à négliger les processus de physique atomique ou le transport radiatif. Ce constat a mené à leur couplage avec des algorithmes de type Monte Carlo (MC), souvent basés sur l'estimation de la section efficace du processus considéré. Bien que cet apport ait permis d'intégrer un certain nombre de processus dans les principaux codes PIC, ces derniers présentent une description souvent partielle de la physique atomique, en particulier pour les plasmas à forte densité (ni > 10²² cm⁻³) et de température modérée (Te < 1 keV). Pour pallier ce défaut, nous proposons un modèle PIC-MC de physique atomique et radiative comprenant : (i) l'abaissement des potentiels d'ionisation dû aux effets de densité ; (ii) l'ionisation collisionnelle résolue sur la structure atomique fine ; (iii) la recombinaison à trois corps ; (iv) la désexcitation atomique par cascade basée sur des tables d'émission (radiative et Auger) instantanée ; (v) la photoionisation ; (vi) la recombinaison radiative ; (vii) la diffusion Compton. L'effet de ces processus sera illustré dans le code CALDER, développé au CEA/DAM, dans des contextes de plasmas hors-équilibre en cours de thermalisation ou encore dans l'interaction de cibles solides d'Aluminium avec des lasers d'ultra-haute intensité ou des faisceaux photoniques X tels que ceux issus des lasers à électrons libres.

L’exposé s’appuiera sur trois travaux importants de mathématiques appliquées réalisés avant l’apparition de l’ordinateur : Francis Bashforth et l’action capillaire (1883), Carl Størmer et les aurores boréales (1907), Georges Lemaître et les rayons cosmiques (1936). Ces situations présentent toutes les caractéristiques de ce que nous appelons aujourd’hui modélisation mathématique et simulation numérique. Dans les trois cas, on rencontre plusieurs représentations d’un phénomène physique qui se valident mutuellement et qui, considérées dans leur ensemble, constituent un modèle du phénomène. Par ailleurs, les scientifiques impliqués ont été amenés à créer par eux-mêmes des méthodes originales – numériques, graphiques et instrumentales – pour traiter les systèmes complexes d’équations différentielles apparaissant dans leurs recherches. Ces nouvelles méthodes de calcul ont contribué de manière essentielle à la naissance de l’analyse numérique en tant que discipline mathématique autonome dans la première moitié du vingtième siècle.

The PhD thesis presented in this work is dedicated to the innovative method of plastic injection mould production. This method combines laser additive technology, namely, the Laser Metal Deposition (LMD) and technique of laser treatment aiming to reduce the residual stresses. Therefore, the main objective of the present work is to optimize and analyze the proposed fabrication method regarding the final properties of deposited parts. The parametrical study of “single-bead”, multi-bead “wall” and multi-bead “cube” LMD has been carried out. The LMD of cubic specimens has been analyzed with respect to the density, residual stresses and microstructure in order to find the optimal deposition parameters. The optimal LMD parameters have been verified during the longtime deposition of cubic and cylindrical specimens in a single operating session and after multiple pauses. The fatigue resistance as well as the density, microhardness and microstructure were then evaluated. The numerical simulation has been also performed to predict the thermal fields generated during LMD. Finally, this thesis includes the numerical and experimental study of laser treatment process aiming to reduce the residual stresses and avoid the possible long-lasting post-treatment such as aging., La thèse de doctorat présentée dans ce travail est consacrée à une méthode innovante de production de moules d'injection plastique. Cette méthode combine la technologie additive laser, notamment le rechargement par injection coaxiale de poudre (LMD) et la technique de traitement laser visant à réduire les contraintes résiduelles. Par conséquent, l'objectif principal du présent travail est d'optimiser et d'analyser la méthode de fabrication proposée en ce qui concerne les propriétés finales des pièces déposées. L'étude paramétrique de LMD des "simples cordons", des structures de type "mur" et des "cubes" a été réalisée. La LMD d'échantillons cubiques a été analysée en fonction de la densité, des contraintes résiduelles et de la microstructure afin d’obtenir les paramètres optimaux de LMD. Les paramètres optimaux de LMD ont été vérifiés lors du dépôt à long terme d'échantillons cubiques et cylindriques en une seule et plusieurs fois. La tenue en fatigue ainsi que la densité, la microdureté et la microstructure ont ensuite été évaluées. La simulation numérique a également été réalisée pour prédire les champs thermiques générés pendant le procédé LMD. Enfin, cette thèse comprend l'étude numérique et expérimentale du processus de traitement laser (de détentionnement) visant à réduire les contraintes résiduelles et à éviter les post-traitements durables tels que le vieillissement.

Considerable effort has been devoted by the scientific community over the last decades to a better understanding of wall-bounded turbulence, mainly for canonical flows. However, the numerical simulation of these flows is often limited in terms of Reynolds number due to the excessive computational effort required by DNS and WRLES approaches, resulting in a much lower Reynolds number than those typically observed in industrial flows. The present work aims at studying wall-bounded turbulence of non-canonical flows at higher Reynolds numbers than those affordable by means of DNS or WRLES, employing a WMLES approach: ZDES mode 3. In particular, in the simulations considered here, non-equilibrium conditions are obtained by pressure gradient and curvature effects in a first test case, and by means of a mild separation and reattachment of the boundary layer in a second test case. Moreover, a preliminary study of upstream perturbations effects on boundary layers in pressure gradient conditions is presented. The presence of resolved turbulence in the ZDES mode 3 simulations allows to better take into account non-equilibrium effects and hence, a more reliable prediction of the mean field is obtained when compared to RANS simulations, giving particularly accurate results downstream of reattachment in the second test case. In addition, the in-depth analysis of the turbulence resolved by ZDES mode 3 has enabled to better quantify the wall-bounded turbulence dynamics and its deviation from equilibrium in the configurations considered., La communauté scientifique a consacré des efforts importants depuis plusieurs décennies visant à une meilleure compréhension de la turbulence pariétale, principalement sur des configurations d’écoulements canoniques. Toutefois, la simulation numérique de ces derniers est souvent menée à un nombre de Reynolds limité par le coût de calcul des approches DNS et WRLES, et significativement inférieur aux valeurs typiquement retrouvées dans les applications industrielles. Cette thèse étudie numériquement des écoulements de couche limite hors équilibre sur des configurations non canoniques à des nombres de Reynolds plus élevés que ceux atteignables à coût abordable par les approches DNS et WRLES, en utilisant une approche WMLES, la ZDES mode 3. En particulier, des conditions hors équilibre sont obtenues dans un premier cas test par des effets de gradient de pression et de courbure, et dans un deuxième cas test par un décollement mince et recollement de la couche limite. De plus, une étude préalable des effets de sensibilité aux conditions amont des couches limites en gradients de pression est réalisée. La présence de turbulence résolue dans les simulations ZDES mode 3 permet une meilleure prise en compte des effets hors équilibre qui se traduit par une meilleure prévision du champ moyen comparé aux prévisions en approche RANS, donnant une reproduction des données expérimentales particulièrement remarquable en aval du recollement pour le deuxième cas test. Par ailleurs, des analyses approfondies de la turbulence résolue par la ZDES mode 3 ont permis une meilleure caractérisation de la dynamique de la turbulence pariétale et de son écart à l’équilibre dans les cas étudiés.

The works presented in this thesis aim to develop new technologies for the integration of active components in the PCB core. They are based on the use of a pressed metal foam to ensure the electrical and thermal contacts of the top and bottom sides of the chips. This new technology has the advantage of being cheap and allows reducing the parasitic inductance.Electrical, thermal and mechanical characterization studies have been carried out on this new integration technology. The objective is to identify the thermomechanical properties of the interconnection materials, mainly those of the metal foam. The development of a numerical model has reinforced this study aiming to estimate and localize the thermomechanical stresses in the assembly. Finally, a reliability study has been carried out by performing accelerated aging tests (active and passive thermal cycling). The objective here is to identify the weakness areas and to estimate the lifetime of the proposed assemblies. The obtained results are promising compared to conventional power modules. A new method (on-line) to estimate the junction temperature during active thermal cycling has been developed. It is based on the use of voltage variations ΔVF and forward current ΔIF during the conduction phase. The validation tests revealed promoting results., Les travaux présentés dans cette thèse visent à développer de nouvelles technologies d'intégration de composants actifs au cœur du PCB. Elles sont basées sur l'utilisation de mousses métalliques pressées pour assurer les contacts électrique et thermique des faces avant et arrière des puces. Cette nouvelle technologie présente l'avantage d'être peu coûteuse et permet de réduire l'inductance parasite.Des travaux de caractérisations électrique, thermique et mécanique ont été menés sur cette nouvelle technologie d'intégration. L'objectif est de déterminer les propriétés thermomécaniques des matériaux d'interconnexion, principalement ceux de la mousse métallique. La mise en œuvre d'un modèle numérique multi-physique a renforcée cette étude en vue d'estimer et de localiser les contraintes thermomécaniques dans l'assemblage. Finalement, une étude de fiabilité a été menée à travers la mise en œuvre d'essais de vieillissement accélérés (cyclage thermique actif et passif). L'objectif ici est d'identifier les zones de fragilité et d'estimer la durée de vie des assemblages proposés. Les résultats obtenus sont encourageants en comparaison aux modules de puissances classiques. Une nouvelle méthode (on-line) d'estimation de la température de jonction lors du cyclage thermique actif a été développée. Elle est basée sur l'utilisation des variations de tension ΔVF et du courant direct ΔIF lors de la phase de conduction. Les travaux de validation ont révélé des résultats promoteurs.

Cette étude porte sur l'utilisation de la Transformée en Ondelettes Continue (TOC) pour caractériser les systèmes mécaniques faiblement non-linéaires et faiblement amortis, soumis à une excitation ambiante modélisée sous forme de bruit blanc gaussien. Après une analyse théorique de ces systèmes, dont la réponse est étudiée dans le plan temps-fréquence, une méthode de caractérisation de leurs non-linéarités basée sur la TOC est proposée. Enfin, des simulations numériques basées sur un cas d'étude simple permettent d'étayer les résultats théoriques avancés.

L'économie d'énergie est devenue un véritable enjeu dans la gestion des procédés et a conduit à l'analyse de la consommation d’énergie des machines de forgeage, et ce à des fins d'optimisation. Dans ses travaux, on s’intéresse à la quantité et à la façon dont l'énergie est dissipée par une presse à vis lors d’opérations de forgeage de produits massifs. Un modèle masse-ressort-amortisseur, image du système composé de la machine et de ses outils, est associé au modèle rhéologique du matériau à déformer pour décrire les opérations de forgeage avec ce système de production. Le modèle du système machine-outil est ici caractérisé uniquement pour la phase de forgeage. Les paramètres du modèle sont identifiés grâce à des mesures expérimentales de plusieurs variables du processus lors d'une frappe à vide, c’est-à-dire outil contre outil, sans lopin. Ainsi, les paramètres identifiés sont spécifiquement adaptés au système machine-outil étudié. Ensuite, les prédictions du modèle sont validées par des essais de refoulement de cylindres de cuivre à froid. Le modèle prédit avec précision les variables du processus forgeage pour des frappes consécutives. La diminution de l'efficacité du processus ainsi que la transition de chocs inélastiques vers des chocs élastiques, après plusieurs frappes sur une même pièce sont également prédites par le modèle. Cette méthode offre une nouvelle solution dédiée qui permet aux forgerons de prévoir la quantité d'énergie de forgeage dissipée par leurs machines. L'approche développée dans cet article concerne une presse à vis mais peut être transférée à d'autres machines pilotées en énergie, comme les marteaux pilons.

Additive manufacturing allows a greater freedom of geometry thanks to the layer-by-layer construction of the parts from a CAD model. Reparation, prototyping and functionalisation are the main applications of the additive processes. Therefore, many challenges are still to overcome in order to master those processes. One of the main challenges is the dimensions of the parts built by metallic additive manufacturing.The Direct Energy Deposition technologies, specifically powder fed Laser Metal Deposition, are a solution to build parts without neither dimension nor geometric limitations. Experimental and numerical work has been conducted in the objective of improving the understanding of this process. This work focus on mastering high mechanical performances as well as predict bead geometry thanks to the numerical simulation.Three martensitic stainless steel showing high mechanical performances (YS> 1000MPa, UTS> 1200 MPa et E%>12%) are obtained. A specific attention has been paid to the microstructure and its stability during the build-up the volumes. The effect of the heat treatments on the mechanical properties was investigated to improve the performances.A new numerical strategy simulating the freeform of the melt pool surface has been developped. The strategy allow the modelisation of the bead’s geometry from process parameters without any thermo-fluid calculation. The model is able to reproduce the bead’s thickness evolution during a wall build-up in short computation time., La fabrication additive offre des libertés de conception et d’utilisation accrues grâce à l’obtention de pièces couche par couche à partir d’un modèle CAO. La réparation de pièces, le prototypage et l’ajout de fonctionnalités sont à l’heure actuelle les principales applications des procédés additifs. Dans ce contexte de nombreux challenges restent à résoudre pour atteindre la maitrise de ces procédés. L’un des principaux verrous à l’utilisation de la fabrication additive métallique reste la dimension des pièces pouvant être obtenues. La catégorie de technologie Direct Energy Deposition (DED), en particulier le dépôt de poudres par fusion laser, offre une solution à ce verrou en construisant la matière sans limites de dimension ni de forme. Afin d’augmenter la compréhension de ce procédé des travaux à la fois expérimentaux et numérique ont été conduit. Ces travaux s’attachent à la maitrise d’aciers à très hautes performances pour la production de planchers blindés ainsi qu’à la prédiction de la géométrie de cordon par la simulation numérique dans des temps de calcul très court.L’obtention de trois aciers inoxydable martensitique présentant de très hautes performances mécaniques (Re> 1000MPa, Rm> 1200 MPa et A%>12%) a été réalisée grâce à la maitrise des conditions thermiques au cours de la fabrication. Une attention particulière est portée sur la stabilité de la microstructure lors de la construction d’un volume par Laser Metal Deposition – poudre. L’évolution de comportement mécanique de ces matériaux en fonction de traitements thermiques et de la direction de sollicitation est également discuté.Une nouvelle stratégie numérique permettant l’obtention de la forme de la surface libre du bain fondu au moment de la solidification a été développée. Cette stratégie numérique permet de modéliser la géométrie des cordons à partir des paramètres procédés sans réaliser de calcul thermo-fluide. Le modèle numérique est également capable de reproduire l’affaissement de l’épaisseur de couche au cours de la construction d’un mur dans des temps de calcul très courts.

In the aeronautical sector, because parts are mainly of large dimensions and in high performance materials, products are forged in small batches. Forming these complex parts requires energy-controlled production means, such as screw presses or, more generally, forging hammer. With these machines, several successive strokes are necessary to obtain the parts desired geometry and mechanical characteristics. However, for these small quantities, the automation of the manufacturing process is not necessarily possible or profitable and consequently, the control of the machine remains dependent on the know-how of the operators, in particular with regard to the quantity of energy to be delivered blow after blow, the temperature, the lubrication conditions, etc. The main challenge is to provide flexibility and robustness particularly adapted to small batches, thus limiting the impact of process parameters variability on the part final quality. To reach that goal, the implementation of a digital twin is proposed. The objective of the project is to develop a digital twin in the context of forming materials on an energy-controlled screw press. The scientific challenge is to obtain an accurate, predictive and reactive twin that will allow real-time control of the process as well as access to information that cannot be measured during the manufacturing process. A methodology for the creation of a predictive meta-model based on a calibrated numerical simulation and updated by machine learning is proposed. This meta-model will compose the digital twin. Our approach is validated on a case study: the uni-axial compression of a copper cylinder. Finally, the following development phases of the digital twin are presented.

Les protections de véhicules terrestres contre les impacts balistiques ont longtemps été issues d’une évolution incrémentale basée sur des approches empiriques. Une conception basée sur une optimisation numérique permet de réduire le nombre des essais et les coûts afférents tout en faisant varier librement les matériaux, menaces et contraintes (environnementales par exemple). Une méthodologie de corrélation expérience-simulation couplant un code de calcul par éléments finis à un module d’optimisation est ainsi proposée. La méthodologie en question inclut trois étapes : (i) la calibration et la vérification d’un modèle numérique (à prendre au sens large), (ii) la validation du modèle, et (iii) la recherche d'une configuration optimale de protection, en l'occurrence ici un empilement multimatériaux.Une importante campagne de tirs balistiques a été conduite au moyen de la plateforme d’impact STIMPACT de l’ICA et d’un banc d’épreuve pour étudier la réponse de protections balistiques types (à base de plaques en acier et alliages, de carreaux de céramiques, de panneaux de polymères renforcés) en faisant notamment varier le type de projectile (matériau, géométrie), la vitesse d’impact (de 100 à 830 m/s), et la structure d’empilements multimatériaux. Des informations quantitatives ont été obtenues en termes de vitesses limites de protection (VLP) et de courbes vitesse résiduelle en fonction de la vitesse incidente, et des informations qualitatives en termes de modes de ruine des différents éléments constituant la protection. Ces essais ont permis de tirer des tendances et d'alimenter la base de données utilisée pour la partie corrélation expérience-simulation. Les simulations numériques ont été menées au moyen du code commercial de calcul par éléments finis Abaqus/Explicit. Le comportement des différents matériaux est décrit par des modèles spécifiques ingénieurs rendant compte des effets de la déformation et de la vitesse de déformation, de l'endommagement et de la température, et dont les constantes sont selon le cas issues de la littérature ou déterminées dans l'étape de calibration/vérification conduite sur des configurations simples à modérément complexes. Une fois validé sur des configurations complexes, le modèle est intégré dans une boucle d’optimisation via le module ISIGHT afin de déterminer un jeu de paramètres de conception optimal qui minimise la masse d’un empilement multimatériaux tout en assurant sa fonction de protection balistique. La comparaison des premières optimisations numériques à des essais réels est encourageante quant à la capacité prédictive du modèle. Ground vehicle protections against ballistic impacts have long been the result of an incremental evolution based on empirical approaches. A design based on a numerical optimisation reduces the number of tests and associated costs while freely varying materials, threats and constraints (environmental for example). An experiment-simulation correlation methodology linking a finite element code to an optimisation module is proposed. The methodology consists of three steps: (i) the calibration and verification of a numerical model (to be taken in a broad sense), (ii) the validation of the model and (iii) the search for an optimal configuration of the protection, in this case a multimaterial system. An extensive ballistic testing campaign has been conducted using the ICA’s impact platform STIMPACT and a firearms proofing facility to investigate the response of typical ballistic protections (based on steel and alloys plates, ceramic tiles, reinforced polymer panels) by varying the type of projectile (material, geometry), the impact velocity (from 100 to 830 m/s) and the structure of multimaterial systems. Quantitative information has been obtained in terms of ballistic limit velocity (VBL) and residual velocity vs. incident velocity curves, and qualitative information in terms of failure modes of the various components constituting the protection. These tests made it possible to identify trends and to feed the database used for the experiment-simulation correlation part. The numerical simulations have been performed using the commercial finite element code Abaqus/Explicit. The behaviour of the different materials is described by specific engineer models that take into account the effects of strain and strain rate, damage and temperature, and whose constants are, depending on the case, taken from the literature or determined at the calibration/verification step on simple to moderately complex configurations. Once validated on complex configurations, the model is integrated into an optimisation loop via the ISIGHT module to determine an optimal set of design parameters that minimises the mass of a multimaterials system while ensuring its ballistic protection function. The comparison of first numerical optimisations with realistic experiments is encouraging regarding the predictive capacity of the model.

Ground vehicle protections against ballistic impacts have long been the result of an incremental evolution based on empirical approaches. A design based on a numerical optimisation reduces the number of tests and associated costs while freely varying materials, threats and constraints (environmental for example). An experiment-simulation correlation methodology linking a finite element code to an optimisation module is proposed. The methodology consists of three steps: (i) the calibration and verification of a numerical model (to be taken in a broad sense), (ii) the validation of the model and (iii) the search for an optimal configuration of the protection, in this case a multimaterial system. An extensive ballistic testing campaign has been conducted using the ICA’s impact platform STIMPACT and a firearms proofing facility to investigate the response of typical ballistic protections (based on steel and alloys plates, ceramic tiles, reinforced polymer panels) by varying the type of projectile (material, geometry), the impact velocity (from 100 to 830 m/s) and the structure of multimaterial systems. Quantitative information has been obtained in terms of ballistic limit velocity (VBL) and residual velocity vs. incident velocity curves, and qualitative information in terms of failure modes of the various components constituting the protection. These tests made it possible to identify trends and to feed the database used for the experiment-simulation correlation part. The numerical simulations have been performed using the commercial finite element code Abaqus/Explicit. The behaviour of the different materials is described by specific engineer models that take into account the effects of strain and strain rate, damage and temperature, and whose constants are, depending on the case, taken from the literature or determined at the calibration/verification step on simple to moderately complex configurations. Once validated on complex configurations, the model is integrated into an optimisation loop via the ISIGHT module to determine an optimal set of design parameters that minimises the mass of a multimaterials system while ensuring its ballistic protection function. The comparison of first numerical optimisations with realistic experiments is encouraging regarding the predictive capacity of the model.; Les protections de véhicules terrestres contre les impacts balistiques ont longtemps été issues d’une évolution incrémentale basée sur des approches empiriques. Une conception basée sur une optimisation numérique permet de réduire le nombre des essais et les coûts afférents tout en faisant varier librement les matériaux, menaces et contraintes (environnementales par exemple). Une méthodologie de corrélation expérience-simulation couplant un code de calcul par éléments finis à un module d’optimisation est ainsi proposée. La méthodologie en question inclut trois étapes : (i) la calibration et la vérification d’un modèle numérique (à prendre au sens large), (ii) la validation du modèle, et (iii) la recherche d'une configuration optimale de protection, en l'occurrence ici un empilement multimatériaux.Une importante campagne de tirs balistiques a été conduite au moyen de la plateforme d’impact STIMPACT de l’ICA et d’un banc d’épreuve pour étudier la réponse de protections balistiques types (à base de plaques en acier et alliages, de carreaux de céramiques, de panneaux de polymères renforcés) en faisant notamment varier le type de projectile (matériau, géométrie), la vitesse d’impact (de 100 à 830 m/s), et la structure d’empilements multimatériaux. Des informations quantitatives ont été obtenues en termes de vitesses limites de protection (VLP) et de courbes vitesse résiduelle en fonction de la vitesse incidente, et des informations qualitatives en termes de modes de ruine des différents éléments constituant la protection. Ces essais ont permis de tirer des tendances et d'alimenter la base de données utilisée pour la partie corrélation expérience-simulation. Les simulations numériques ont été menées au moyen du code commercial de calcul par éléments finis Abaqus/Explicit. Le comportement des différents matériaux est décrit par des modèles spécifiques ingénieurs rendant compte des effets de la déformation et de la vitesse de déformation, de l'endommagement et de la température, et dont les constantes sont selon le cas issues de la littérature ou déterminées dans l'étape de calibration/vérification conduite sur des configurations simples à modérément complexes. Une fois validé sur des configurations complexes, le modèle est intégré dans une boucle d’optimisation via le module ISIGHT afin de déterminer un jeu de paramètres de conception optimal qui minimise la masse d’un empilement multimatériaux tout en assurant sa fonction de protection balistique. La comparaison des premières optimisations numériques à des essais réels est encourageante quant à la capacité prédictive du modèle.

The projects presented in this manuscript are embedded in the numerical simulation of the elaboration processes of materials at high temperature, both ceramics and metals. They have in common the use of numerical tools, in-house or commercial codes (always with adaptation to our problems) in order to simulate, at a macroscopic or mesoscopic scale, an industrial process in which measurements are limited by environmental conditions. Numerical simulation is thus a privileged way to understand the process and optimize the operation of reactors. The following topics are discussed in turn: thermal plasma spraying, the conversion of uranium oxide to tetrafluoride, liquid metal processes (EB melting, ElectroSlag Refining - ESR) and the solidification of metallic alloys.Different papers published in international journals illustrate the main aspects of the models and their use in the context of applied research.The perspectives relate both to the continuation of my current research activities (ESR process), to certain obstacles to be overcome (models of scale and / or dimension change, simulation of the movement of grains or drops and their interactions in a turbulent flow), and opens up new horizons that data mining and artificial intelligence can bring to the design of new materials.; Les projets présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de la simulation des procédés d’élaboration des matériaux à haute température, aussi bien les céramiques que les métaux. Ils ont en commun l’utilisation des outils numériques, codes « maison » ou commerciaux (toujours avec adaptation à nos problématiques) pour simuler, à l’échelle macroscopique ou mésoscopique, un procédé industriel au sein duquel les mesures sont limitées par les conditions environnementales. La simulation numérique est alors une voie privilégiée pour comprendre le procédé et optimiser la conduite des réacteurs. Sont abordés tour à tour : la projection par plasma thermique, la conversion d’oxyde d’uranium en tétrafluorure, des procédés de traitement du métal liquide (fusion BE, élaboration sous laitier électroconducteur – ESR) et la solidification des alliages métalliques.Des articles publiés dans des revues internationales illustrent les principaux aspects des modèles et leur utilisation dans un cadre de recherche appliquée. Les perspectives portent à la fois sur la continuation de mes recherches actuelles (procédé ESR), sur certains verrous à lever (modèles de changements d’échelle et/ou de dimension, simulation du mouvement de grains ou de gouttes et leurs interactions dans un écoulement turbulent), et s’ouvre sur les nouveaux horizons que peuvent apporter la fouille de données et l’intelligence artificielle dans le cadre de la conception de nouveaux matériaux.

International audience; Cette communication clôture l'école thématique pluridisciplinaire MiFoBio portant sur les avancées biologiques et technologique en imagerie du vivant. Elle regroupe une large communauté constituée de biologistes, physiciens, instrumentalistes, chimistes, mathématiciens. La communicaion présente une analyse de l'évolution des techniques d'aide à la création au sein des bureaux de conception industrielle.A partir d'une étude empirique auprès de plusieurs dizaines d'ingénieurs de conception on met en évidence la place qu'occupe quelques plateformes logicielles dans l'organisation de la création des objets de notre quotidien.

Functionalization of plastic part surfaces enables us to meet an innovative technical requirement without the use of solvents or chemical treatments. A wide range of properties are achievable, ranging from optical properties to technical improvements in wettability, friction management or adhesion. The considered solution to respond to the problem of mass production at a controlled price is manufacturing using a micro-textured mold with an injection molding machine. However, the main challenge is the change in scale, between a “macro part” (a few cm3 or more) and a micro-texture which is a few tens of micrometers. This manufacturing requires controlling texture replication during the injection cycle and therefore understanding and mastering the material’s behavior during the process. In order to solve this problem, an instrumented visualization mold, made up of two different shapes of cavity, has been designed and developed. This mold allowed for an in operando analysis of the process parameters. An innovative setting methodology was used and highlighted that above a certain injection velocity threshold, the mold temperature and holding pressure parameters held a secondary role in the 30µm micro-texture replication. Indeed, the in operando viscosity of the injected amorphous polymer drastically decreases as the shear rate increases. The rheological simulation filling forecast of this micro-feature requires an in-depth analysis of the boundary conditions of the calculation. A reverse engineering methodology, linked with the use of the flow velocity measurements in the visualization mold, highlighted the importance of determining the heat transfer coefficient htc. A good correlation of the filling height of a micro-texture (370 µm wide and a 3.6 aspect ratio) between the rheological simulation with the Moldflow software and the experiments were with a set htc of 30 000 W.m-2.K-1 during the filling phase set on the micro-feature’s meshes., La fonctionnalisation des surfaces des pièces plastiques permet de répondre à des cahiers des charges innovants sans utilisation de solvants ou de traitements chimiques. Une large gamme de propriétés est réalisable allant des propriétés optiques à des améliorations techniques concernant la mouillabilité, la gestion des frottements ou l’adhésion. La solution envisagée pour répondre à une production de masse à coût maîtrisé est la réplication par injection plastique d’une empreinte de moule microtexturée. Cependant, le principal challenge est le changement d’échelle qui existe entre une pièce de dimension dite « macro » (quelques cm3 et plus) et des microtextures de quelques dizaines de micromètres. Cette méthode de fabrication impose de contrôler la réplication des textures durant l’injection et donc de comprendre et maitriser le comportement de la matière durant sa mise en œuvre. Afin de répondre à cette problématique, un outillage de visualisation instrumenté, comportant deux empreintes de formes différentes, permettant une analyse in operando des paramètres de mise en œuvre a été conçu et développé. Une méthodologie de réglage originale a été utilisée et a permis de mettre en évidence qu’à partir d’une valeur seuil de vitesse d’injection, les paramètres température outillage et pression de maintien ont un rôle secondaire dans la réplication de microtextures de 30 µm de profondeur. En effet, la viscosité in opérando du polymère amorphe injecté, diminue fortement lors de l’augmentation de la vitesse de cisaillement. La prédiction de remplissage d’une microcavité en simulation rhéologique nécessite une analyse poussée des conditions limites du calcul. Une méthodologie d’ingénierie inverse, couplée à l’utilisation des mesures des vitesses d’écoulement effectuées avec le dispositif de visualisation développé, a permis la mise en évidence de l’importance de la détermination du coefficient d’échange thermique, htc. Une bonne corrélation, des hauteurs de remplissage d’une microrainure (de 370 µm de large et un rapport de forme de 3,6), entre les simulations numériques avec le logiciel Moldflow et les expérimentations, a été obtenue avec une valeur htc = 30 000 W.m-2.K-1 dans la phase de remplissage, affectée aux mailles de la microcavité.

Functionalization of plastic part surfaces enables us to meet an innovative technical requirement without the use of solvents or chemical treatments. A wide range of properties are achievable, ranging from optical properties to technical improvements in wettability, friction management or adhesion. The considered solution to respond to the problem of mass production at a controlled price is manufacturing using a micro-textured mold with an injection molding machine. However, the main challenge is the change in scale, between a “macro part” (a few cm3 or more) and a micro-texture which is a few tens of micrometers. This manufacturing requires controlling texture replication during the injection cycle and therefore understanding and mastering the material’s behavior during the process. In order to solve this problem, an instrumented visualization mold, made up of two different shapes of cavity, has been designed and developed. This mold allowed for an in operando analysis of the process parameters. An innovative setting methodology was used and highlighted that above a certain injection velocity threshold, the mold temperature and holding pressure parameters held a secondary role in the 30µm micro-texture replication. Indeed, the in operando viscosity of the injected amorphous polymer drastically decreases as the shear rate increases. The rheological simulation filling forecast of this micro-feature requires an in-depth analysis of the boundary conditions of the calculation. A reverse engineering methodology, linked with the use of the flow velocity measurements in the visualization mold, highlighted the importance of determining the heat transfer coefficient htc. A good correlation of the filling height of a micro-texture (370 µm wide and a 3.6 aspect ratio) between the rheological simulation with the Moldflow software and the experiments were with a set htc of 30 000 W.m-2.K-1 during the filling phase set on the micro-feature’s meshes.; La fonctionnalisation des surfaces des pièces plastiques permet de répondre à des cahiers des charges innovants sans utilisation de solvants ou de traitements chimiques. Une large gamme de propriétés est réalisable allant des propriétés optiques à des améliorations techniques concernant la mouillabilité, la gestion des frottements ou l’adhésion. La solution envisagée pour répondre à une production de masse à coût maîtrisé est la réplication par injection plastique d’une empreinte de moule microtexturée. Cependant, le principal challenge est le changement d’échelle qui existe entre une pièce de dimension dite « macro » (quelques cm3 et plus) et des microtextures de quelques dizaines de micromètres. Cette méthode de fabrication impose de contrôler la réplication des textures durant l’injection et donc de comprendre et maitriser le comportement de la matière durant sa mise en œuvre. Afin de répondre à cette problématique, un outillage de visualisation instrumenté, comportant deux empreintes de formes différentes, permettant une analyse in operando des paramètres de mise en œuvre a été conçu et développé. Une méthodologie de réglage originale a été utilisée et a permis de mettre en évidence qu’à partir d’une valeur seuil de vitesse d’injection, les paramètres température outillage et pression de maintien ont un rôle secondaire dans la réplication de microtextures de 30 µm de profondeur. En effet, la viscosité in opérando du polymère amorphe injecté, diminue fortement lors de l’augmentation de la vitesse de cisaillement. La prédiction de remplissage d’une microcavité en simulation rhéologique nécessite une analyse poussée des conditions limites du calcul. Une méthodologie d’ingénierie inverse, couplée à l’utilisation des mesures des vitesses d’écoulement effectuées avec le dispositif de visualisation développé, a permis la mise en évidence de l’importance de la détermination du coefficient d’échange thermique, htc. Une bonne corrélation, des hauteurs de remplissage d’une microrainure (de 370 µm de large et un rapport de forme de 3,6), entre les simulations numériques avec le logiciel Moldflow et les expérimentations, a été obtenue avec une valeur htc = 30 000 W.m-2.K-1 dans la phase de remplissage, affectée aux mailles de la microcavité.

Steel corrosion plays a central role in different technological fields. The prediction of long term corrosion behavior of stainless steel is needed to ensure that its physical integrity will not be affected during its expected life time. In this study, we focus on pitting corrosion of steels in contact with a solution of sodium chloride (NaCl). The scientific objectives of this thesis are related to the physico-chemical modeling of pitting corrosion, by means of mathematical analysis and numerical simulations. First, we studied a simple case of a corrosion phenomenon which describes a pure iron dissolution in sodium chloride. We proved that under rather general hypotheses on the initial data, the solution of this iron dissolution model converges to a self-similar profile as t→+∞. This result is proved for an equivalent one-dimensional formulation of the physical model known as a one-phase Stefan problem. In order to prove the convergence result, we applied a comparison principle together with suitable upper and lower solutions. Then, we gradually derived a more complicated anodic-dissolution model in one-space dimension. It is a strongly coupled mathematical model of partial differential equations which represents the propagation of a pit in pure iron steel. It involves an anodic reaction of dissolution, the transport of aqueous chemical species by diffusion and migration and the moving of the iron interface. Then, we proposed an efficient numerical solution method for this system. To that purpose, we have developed an implicit in time numerical scheme based on the ALE method together with a Newton procedure. Through many simulations, we have examined the behavior of our system with respect to the variations of certain physical parameters. In the last step, we have integrated the hydrolysis reactions of iron cations in the system. This final model developed in this thesis is a diffusion-migration-reaction model with a moving interface for five-species. Finally, we derived a reduced system for our diffusion-migration model. Then, by means of two approximations, we analytically found an approximating solution for this reduced system, which turns out to be a very good approximation of the solution of our strongly coupled diffusion-migration model.The major advantage of developing such a nearly exact solution is to allow the validation of our numerical scheme.; La corrosion des aciers joue un rôle central dans divers domaines technologiques. Ainsi, l'évaluation des dommages que les aciers sont susceptibles de subir dans le temps sous l'action de la corrosion représente un défi important pour s'assurer qu'ils ne seront pas affectés pendant leur durée de vie prévue. Cette étude est centrée sur un phénomène de corrosion particulier qui est la corrosion par piqûre des aciers en contact avec une solution de chlorure de sodium (NaCl). Les objectifs scientifiques de cette thèse sont relatifs à la modélisation physico-chimique de la corrosion par piqûre, l'analyse mathématique et les simulations numériques. Dans ce contexte, dans un premier temps, on a étudié un cas simple de ce phénomène de corrosion qui décrit la dissolution de fer pur. Ce modèle est transformé à l'aide d'un changement de variable approprié en un problème unidimensionnel à frontière libre, connu dans la littérature sous le nom de problème de Stefan à une phase. On a étudié en particulier la stabilisation en temps long de la solution de ce problème vers un profil auto-similaire. Pour prouver le résultat de convergence, on a appliqué un principe de comparaison ainsi que des notions de sur- et sous- solutions appropriées. Ensuite, au regard de la complexité physique du phénomène de corrosion par piqûre, le travail a été découpé en différentes étapes basées sur la construction d'un modèle à complexité physique croissante permettant d'identifier l'influence des différentes hypothèses physiques du modèle. On a ainsi développé un modèle mathématique sous la forme d'un système d'équations aux dérivées partielles fortement couplées pour d'écrire la vitesse de propagation d'une piqûre dans un fer pur. Il s'agit d'un modèle unidimensionnel de diffusion-migration-réaction avec une interface mobile. Pour la résolution numérique de ces modèles, on a introduit la méthode ALE qui est une méthode robuste particulièrement adaptée à la résolution des problèmes évolutifs. Finalement, comme il n'est généralement pas possible de trouver une solution explicite à un modèle complexe de diffusion-migration avec une interface mobile, un modèle réduit du modèle complet a été dérivé. On a montré que ce modèle réduit admet une solution approchée qui représente une approximation du modèle complet sous certaines conditions. Ce modèle réduit permet également de valider le schéma numérique développé pour le modèle complet.

In the current context of diversification of renewable energies, tidal turbines are set to occupy an important niche, and numerical simulation is a crucial tool for their investigation. The in-house simulation code DOROTHY developed in collaboration between IFREMER and LOMC uses the Vortex Particle Method offering a good compromise between physical realism and and computational time. Some additional developments are required in order to make of this software a fully rounded numerical tool able to mimic advanced realistic configurations. Firstly, an important overhaul of its computation of loads has been undertaken, including a new framework to represent the previously simplified and now fully-rendered turbine blades. This endeavour includes the mathematical justification, investigation, and preliminary validation of additional integral methods accounting for the turbine body. Secondly, the importance of the impact of ambient turbulence on the wake interaction and power output within a turbine farm cannot be ignored. This element is introduced using a Synthetic Eddy Method uniquely adapted to the present Lagrangian framework. All aspects of this method as well as a promising alternative are closely examined, culminating in the demonstration of its capabilities for the simulation of the flow and prediction of detrimental interaction effects throughout a projected four turbine pilot farm configuration., Dans le contexte actuel de diversification du panel d’énergies renouvelables, les hydroliennes sont sur la voie pour occuper une niche importante, et la simulation numérique est un outil essentiel pour leur étude. Le code de simulation DOROTHY, développé en collaboration entre l’IFREMER et le LOMC, utilise la méthode Vortex particulaire, qui offre un bon compromis entre réalisme physique et temps de simulation. Des développements supplémentaires sont nécessaires pour faire de ce logiciel un outil complet capable de simuler des configurations réalistes. Tout d’abord, une révision en profondeur du calcul d’efforts a été entreprise, comprenant un nouveau formalisme pour la représentation jusqu’ici simplifiée et à présent fidèlement détaillée des pales de la turbine. Cette contribution inclut la justification mathématique, l’étude, et la validation préliminaire de méthodes intégrales supplémentaires pour la prise en compte du corps de l’hydrolienne. Par ailleurs, l’importance de l’impact de la turbulence ambiante sur l’interaction de sillages et la production de puissance au sein d’une ferme d’hydroliennes ne peut être ignorée. Cet élément est introduit avec l’utilisation d’une méthode synthétique de la turbulence, adaptée pour une prise en compte Lagrangienne. Tous les éléments de cette méthode ainsi qu’une alternative prometteuse sont examinés soigneusement, aboutissant à la démonstration de ses capacités à simuler l’écoulement et prédire des effets indésirables au travers d’une configuration de ferme pilote hydrolienne de quatre machines.

We consider fluid-kinetic models that describe the evolution of particles flowing through a fluid under the assumption that the latter can be described by macroscopic quantities, its velocity and pressure, thanks to the incompressible Navier-Stokes equations. As for the particle spray, it is described at the mesoscopic scale by its density function in the phase space, which obeys a Vlasov-type equation. Taking into account the drag acceleration exerted by the fluid on the particles and the corresponding drag force leads to a strong coupling of the system of equations under study. First, we take into account, in addition to the interactions presented above, the effects of the airway humidity on the particle size and temperature by introducing convection-diffusion equations as well as integrating the size and temperature variations into the equations. We prove the existence of global weak solutions in a time-dependent domain and present some numerical experiments. Finally, we study several high-friction regimes for the Vlasov-Navier-Stokes system presented above. We define a framework allowing to properly justify these hydrodynamic limits in the case where the particles are light (resp. small) with respect to the fluid.; Nous nous intéressons à des modèles fluide-cinétique décrivant l’évolution de particules en suspension dans un fluide porteur sous l'hypothèse que ce dernier peut être décrit par des quantités macroscopiques, sa vitesse et sa pression, grâce aux équations de Navier-Stokes incompressible. Le spray de particules est quant à lui décrit à l’échelle mésoscopique par sa fonction de densité dans l’espace des phases, régie par une équation de type Vlasov. La prise en compte de l’accélération de traînée fournie par le fluide aux particules et la force de rétroaction correspondante crée un couplage fort du système d’équations. Nous prenons d'abord en compte, en plus des interactions présentées ci-dessus, les effets de l’humidité de l’air sur la taille et la température des particules en introduisant des équations de convection-diffusion ainsi qu'en intégrant la variation de la taille et de la température des particules dans les équations. Nous démontrons alors l’existence de solutions faibles globales dans un domaine borné dépendant du temps puis nous présentons quelques expérimentations numériques. Enfin, nous étudions des régimes de haute friction pour le système de Vlasov-Navier-Stokes présenté précédemment. Nous définissons un cadre permettant de traiter rigoureusement ces limites hydrodynamiques lorsque les particules sont légères ou petites par rapport au fluide.

Additive manufacturing, in addition to traditional manufacturing processes, consists of adding material, layer by layer,to build mechanical parts. Among the various existing additive manufacturing processes, this thesis focuses on the Wire and Arc Additive Manufacturing process (WAAM). This process is based on welding technologies to manufacture parts by successive stacks of weld beads. Compared to other additive processes, its implementation is cheaper and welding professionals have an expert knowledge of this process. The filler metal consists in a metal wire melted with an electric arc delivered by a GMAW (Gaz Metal Arc Welding) welding torch operating under CMT (Cold Metal Transfer) mode. The welding torch is mounted on a multi-axis robotic arm which executes the deposit trajectories. This type of configuration does not constrain the size of the parts, which is a real advantage for building large parts like in the aeronautics sector. However, WAAM presents a major technological issue which currently limits its implementation on production lines. Indeed, the melting of the metal generates successive expansions and contractions of the material which generate residual stresses and deformations in the final part. The first objective of this thesis is to understand the generation of these residual stresses and deformations during the process by a numerical approach coupled with an experimental approach. For this, a specific experimental setup is studied. It consists of depositing the melted filler wire on the thickness of a plate held vertically along its length. The specimen is clamped on one side while the others are totally free in order to minimiez the clamping effect. According to this setup, the thermomechanical model is two-dimensional and solved under plane stress assumption. The addition of material is taken into account during the deposition process with a suitable mesh method. The numerical results are compared to experimental data recorded in-situ or ex-situ in order to validate the model. The other objective of this thesis is to highlight the influence of process parameters on the thermomechanical behavior of manufactured parts. Then, three different sets of process parameters are defined based on the linear welding energy. The numerically and experimentally results, are discussed for both thermal and mechanical fields,. Finally, the last objective of this thesis is to implement an Inherent Strain model which allows to quickly estimate the levels of residual stresses and deformations for any 3D structure according to the process parameters used. Thus, an analysis of the plastic strains calculated with the thermomechanical simulation is done. Afterwards, the plastic strain fields are introduced as input data in a Inherent Strain model for the investigated case. The residual stress field as well as the global deformation of the part obtained with the Inherent Strain model are compared to the one computed with the thermomechanical model and discussed.; La fabrication additive, en complément des techniques de fabrication traditionnelles, procède par ajout de matière pour la construction de pièces mécaniques. Parmi les différents procédés de fabrication additive existant, cette thèse s’intéresse tout particulièrement au procédé de fabrication additive arc métal désigné également par l’acronyme anglais WAAM qui signifie Wire Arc additive Manufacturing. Celui-ci se base sur les technologies du soudage pour fabriquer des pièces par empilements successifs de cordons de soudure. Sa mise en œuvre est donc peu coûteuse et déjà bien maîtrisée dans le domaine du soudage industriel. Le métal d’apport se présente sous forme de fil métallique et est fondu par un arc électrique délivré par une torche de soudage GMAW (Gaz Metal Arc Welding) avec un mode de transfert CMT (Cold Metal Transfer). Cette dernière est montée sur un bras robotisé multi axes qui exécute les trajectoires de dépôt. Ce type de configuration ne contraint pas la taille des pièces à fabriquer, ce qui représente un véritable atout pour la fabrication de pièces de grandes dimensions comme c’est le cas dans le secteur de l’aéronautique. Le WAAM présente cependant un verrou technologique majeur qui limite actuellement son implémentation sur les chaîne de production. En effet, la mise en fusion du métal génère des dilatations et contractions successives du métal qui engendrent la formation de contraintes résiduelles et de déformations dans la pièce finale. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre la génération de ces contraintes résiduelles et de ces déformations au cours du procédé par une approche numérique couplée à une approche expérimentale. Pour cela, une configuration de dépôt spécifique est étudiée. Cette dernière consiste à déposer un cordon sur l’épaisseur d’une plaque maintenue uniquement sur l’une de ses extrémités. En laissant les autres bords libres les contraintes liées au bridage sont peu influentes. Compte-tenu de cette configuration, le modèle thermomécanique mis en place est bidimensionnel et il est traité sous l’hypothèse des contraintes planes. L’ajout de matière est considéré au fur et à mesure de la construction du cordon avec une méthode de maillage adaptée. Les résultats numériques sont comparés aux données expérimentales relevées en cours de procédé ou en post-procédé afin de discuter la validité du modèle. L’autre objectif de cette thèse est de mettre en évidence l’influence des paramètres procédé sur le comportement thermomécanique des pièces fabriquées. Pour cela, trois jeux différents de paramètres procédés sont définis en fonction de l’énergie linéique de dépôt mise en jeu. Les différences et similitudes constatées numériquement et expérimentalement, aussi bien au niveau des champs thermiques que des champs mécaniques, sont discutées. Enfin, le dernier objectif de cette thèse est de construire un modèle de Déformations Inhérentes qui permette d’estimer rapidement les niveaux de contraintes résiduelles et de déformations pour n’importe quelle structure 3D réalisée avec des paramètres procédés déterminés. Pour cela, une analyse des déformations plastiques obtenues avec la modélisation thermomécanique est réalisée. Ces dernières sont ensuite implémentées comme données d’entrée dans un modèle de Déformations Inhérentes avec la configuration étudiée. La répartition et les niveaux des contraintes résiduelles ainsi que la déformée globale de la pièce obtenus pour le modèle thermomécanique et le modèle de Déformations Inhérentes sont comparés et discutés.