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This thesis is part of the industrial context of rapid development of electric vehicles, which includes the growing demand for more powerful and compact battery packs. These packs are generally made with lithium-ion battery cells and require a Battery Thermal Management System (BTMS) for an efficient cooling and to limit the thermal runaway hazard. Thermal runaway occurs when a cell is damaged, defective or when its temperature reaches a threshold value.In this case, the cell heats up spontaneously and its temperature rises rapidly, which can cause the expulsion of flammable gases, a chain reaction throughout the pack and ultimately a fire or explosion.The thermal management solution chosen in this thesis is the direct cooling of the immersed pack by a dielectric liquid circulating between the cells. The HFE-7100 has been selected as a working fluid for its eco-friendly coolant properties, its non-flammability, its attractive thermophysical properties, and especially for its boiling temperature at atmospheric pressure, which is very close to the estimated skin temperature at the beginning of a thermal runaway. The liquid can change phase to maintain the temperature in order to avoid thermal runaway, and to evacuate the heat in accidental situations.One scientific bottleneck for such a pack design, given the small spacing between cells or between cells and the pack casing, is the flow boiling in a vertical mini-channel. Confined boiling flow is a very efficient mode of heat transfer to dissipate high fluxes. The question to be addressed is whether such a flow can help in the hypothetical case of a thermal runaway.In this thesis, an experimental and a numerical approach are jointly conducted to study the cooling solution and the flow boiling.In a first step, the state of the art of Battery Thermal Management System and flow boiling in a mini-channel is presented. A general description of flow boiling and numerical simulation approaches of two-phase flows are proposed.In a second step, a test campaign is conducted with an experimental device to study the flow boiling of HFE-7100 in a vertical mini channel. The local heat transfer coefficient is obtained by using an inverse method. Heat transfer, critical heat flux (CHF), flow regimes and pressure drops are the main parameters studied. The influence of different parameters such as mass flow rate, subcooling, pressure and surface structuring is analyzed.In a third step, a numerical modeling approach is proposed. The simulation of the two-phase flow of HFE-7100 in the mini-channel of the test section is proposed with an Eulerian approach. The numerical models are validated from the experimental data. Finally, a battery module immersed by HFE-7100 is modeled, and a thermal runaway scenario of a cell is suggested and simulated. Calculations show that the cooling system is an effective and promising solution to dissipate heat and prevent thermal runaway propagation.; Cette thèse s’inscrit dans le contexte industriel de fort développement des véhicules électriques qui contiennent des packs de batteries de plus en plus puissants et compacts. Ces packs sont généralement constitués de cellules de batteries lithium-ion qui nécessitent un système de gestion thermique. En effet, un des risques majeurs est l’emballement thermique d’une ou plusieurs de ces cellules, emballement qui se produit lorsqu'une cellule est endommagée ou défectueuse ou lorsqu’elle dépasse une certaine température. Dans ce cas, la cellule s’échauffe spontanément et sa température croît rapidement ce qui peut provoquer l’expulsion de gaz inflammables, une réaction en chaine dans tout le pack et in fine un incendie ou une explosion.La solution de gestion thermique retenue dans le cadre de la thèse est le refroidissement direct du pack immergé par un liquide diélectrique circulant entre les cellules. Le HFE-7100 a été choisi comme fluide de travail pour son faible impact écologique, son ininflammabilité, ses propriétés thermophysiques et surtout pour sa température d'ébullition à la pression atmosphérique très proche de la température de peau estimée au début d'un emballement thermique. Le liquide doit changer de phase pour maintenir la température afin d’éviter l’emballement thermique, et évacuer la chaleur en situation accidentelle.L’agencement des cellules dans le pack et leur faible espacement induisent un problème scientifique d’ébullition convective en mini-canal vertical. L'ébullition convective en milieu confiné est un mode de transfert de chaleur très efficace pour dissiper les flux élevés. Une question qui se pose est de connaitre l’efficacité d’un tel écoulement dans le cas hypothétique d'un emballement thermique.Dans cette thèse, une approche expérimentale et une approche numérique sont conjointement menées pour étudier la solution de refroidissement et l'ébullition convective.Dans un premier temps, l’état de l’art de la gestion thermique des packs de batterie des véhicules électriques et de l’ébullition convective en milieu confiné est exposé. Une description générale de l’ébullition convective et des approches de simulation numérique des écoulements diphasiques applicables à notre étude est proposée.Dans un deuxième temps, une campagne d’essais est menée sur un dispositif expérimental pour étudier l’ébullition convective du HFE-7100 dans un mini-canal vertical. La mise en place d’une méthode inverse a permis de calculer le coefficient d’échange local. Le transfert de chaleur, le flux critique (CHF), les régimes d’écoulements et les pertes de charge sont les principaux paramètres étudiés. L’influence de différents paramètres tels que le débit, le sous-refroidissement, la pression et la structuration de la surface est analysée.Dans un troisième temps, une approche de modélisation numérique est proposée. La simulation de l’écoulement diphasique du HFE-7100 dans le mini-canal de la section d’essais est proposée avec une approche eulérienne. Les modèles numériques sont validés à partir des données expérimentales.Enfin, un module de batteries immergé dans du HFE-7100 est modélisé et un scénario d’emballement thermique d’une cellule est défini et simulé. Le système de refroidissement s'avère être une solution efficace et prometteuse pour évacuer la chaleur et empêcher la propagation l'emballement thermique.

This paper presents the aerodynamic performance analysis of realistic large passenger aircraft equipped with a Hybrid Laminar Flow Control (HLFC) system. To this purpose, the design of two HLFC aircraft geometries is first outlined, both designed by DLR based on an Airbus HLFC variant of the XRF-1 geometry. Numerical simulations were performed with the TAU RANS solver of DLR, using an extension of its LST-based automatic transition prediction capability for cases with boundary layer suction. Aerodynamic performance assessment was then performed using the ONERA ffd72 far-field drag analysis software, allowing comparisons between configurations in terms of phenomenological drag components. The overall assessment of the different configurations considers both the laminarization benefit using HLFC technology compared to a fully turbulent reference aircraft and the performance penalty when the HLFC wing is operated under fully turbulent conditions. Results of the analysis are consistent with the geometry modifications and the flow physics, highlighting an overall HLFC benefit via the reduction of friction and viscous pressure drag components. A wave drag penalty, inherent to the laminarization of the outer wing upper surface, is identified in the original HLFC geometry designed by DLR and reduced in its further improved version., Ce papier présente l'analyse de la performance aérodynamique des avions civils réalistes équipés avec un système de contrôle d'écoulement laminaire hybride (HLFC). Dans ce but, la conception de deux géométries d'avion HLFC est tout d'abord décrite, les deux étant conçues par le DLR en basant sur un variant HLFC de la géométrie XRF-1 par Airbus. Des simulations numériques ont été effectuées avec le solveur RANS TAU du DLR, en utilisant une extension de sa capacité de prédiction automatique de transition basée sur LST pour des cas avec aspiration de la couche limite. L'évaluation de la performance aérodynamique a ensuite été effectuée en utilisant le logiciel ffd72 d'analyse champ-lointain de la traînée de l'ONERA, permettant des comparaisons entre les configurations en termes de composantes phénoménologiques de la traînée. L'évaluation globale des différentes configurations considère à la fois les gains de laminarité introduits par la technologie HLFC par rapport à un avion de référence pleinement turbulent et la dégradation de la performance quand la voilure HLFC est opérée dans des conditions pleinement turbulentes. Les résultats de l'analyse sont consistants par rapport aux modifications de la géométrie et la physique de l'écoulement, soulignant un gain HLFC global via la réduction des composantes de frottement et de pression visqueuse de la traînée. Une augmentation de la traînée de chocs, inhérente à la laminarisation de l'extrados de la partie externe de la voilure, est également identifiée dans le cas de la géométrie HLFC originale conçue par le DLR et réduite dans sa version améliorée.

Aortic dissection is a serious vascular disease characterised by a separation of the layers of the arterial wall and the creation of a second lumen. Mortality due to this disease is particularly high and requires surgery as soon as possible. Although widely documented clinically, the phenomena behind this condition are largely unknown and many questions remain unanswered. Thus, the objective of this thesis is to better understand the mechanisms triggering aortic dissection and the parameters influencing its propagation. Initially, two studies combining tensile tests with finite element models allowed the mechanical properties and fracture modes I and II of the aortic wall to be identified using inverse methods. Subsequently, an aortic dissection model using the extended finite element method was developed in order to quantify the impact of geometric and mechanical factors on the rupture pressure and the direction of propagation of the aortic dissection. In order to validate this model, a new experimental method combining a mechanical tension-inflation test with X-ray microtomography has been developed. This in-situ test made it possible to observe the 3D evolution of the delamination profile during the propagation of a dissection in the aortic wall. These observations and modelling have led to a better understanding of the mechanisms of propagation of the dissection, and open perspectives on the development of personalised diagnostic tools., La dissection aortique est une maladie vasculaire grave caractérisée par un décollement des couches de la paroi artérielle et la création d'un chaux chenal. La mortalité due à cette affection est particulièrement élevée et demande une intervention chirurgicale dans les délais les plus brefs. Bien que largement documentés cliniquement, les phénomènes à l'origine de cette condition sont peu connus et de nombreuses questions demeurent sans réponses. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes déclenchant la dissection aortique et les paramètres influençant sa propagation. Dans un premier temps, deux études combinant des tests mécaniques de traction avec des modèles éléments finis ont permis d'identifier les propriétés mécaniques et les modes de rupture I et II de la paroi aortique grâce à des méthodes inverses. Par la suite, un modèle de dissection aortique utilisant la méthode des éléments finis étendus à été développé afin de quantifier l'impact de facteurs géométriques et mécaniques sur la pression de rupture ainsi que sur la direction de propagation de la dissection aortique. Afin de valider ce modèle, une nouvelle méthode expérimentale combinant un essai mécanique de traction-gonflement avec de la microtomographie à rayons X a été mise au point. Ce test in situ a permis d'observer l'évolution 3D du profil de délamination lors de la propagation d'une dissection dans la paroi. Ces observations et modélisations ont permis une meilleure compréhension des mécanismes de propagation de la dissection, et ouvrent des perspectives sur le développement d'outils de diagnostic personnalisés.

In the field of hydrology, the Geomorphological Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH) is central to describing a watershed response. The application of GIUH is extended to individual hydrological events by accounting for the influence of rainfall spatial distribution. A method is proposed herein to identify the Geomorphological Instantaneous Unit Hydrograph specific to each flood event (i.e. E-GIUH), when runoff of effective rainfall is the dominant process. The E-GIUH is derived from observational data, namely: rainfall field time series, and a hydrograph. Such an identification process is formulated as an inverse problem with parameters such as the E-GIUH velocity and coefficient of dispersion, as well as the hyetograph of rainfall excess. The proposed method is applied to several flood events across two mountainous catchments within the Cevennes-Vivarais Mediterranean Hydrometeorological Observatory territory prone to flash flooding. Results indicate that the E-GIUHs display significant variability over the two basins, and the E-GIUH parameters appear to be correlated with the flood event magnitude. The E-GIUH synthetizes the basin response to rain forcing and can be considered as a signature of flood events. A sensitivity study suggests that E-GIUH identification is fairly robust, even with respect to the a priori hyetograph of effective rainfall.

In numerical thermal simulation, the inverse problem consists in finding one or more parameters of the discretized heat equation from temperature measurements. This is a complex procedure that often remains limited to simple geometry. The idea is then to use modal-type thermal reduced models, which will considerably reduce the number of unknowns while maintaining satisfactory accuracy over the entire modelled domain. These models will then allow to extend the technique of inverse problems to any type of geometry, whatever its complexity.The objective of this thesis work is to evaluate the efficiency of such a method for an application related to building thermics, in which one seeks to identify the properties of insulating materials (thermal capacity and conductivity).The main work has been the application of this technique for an in situ measurement, using a hot wire probe, which has so far been unsuitable for thermal insulation.A second application of this technique to solve inverse problems by reduced model is the characterization of a bio-sourced material from tomographic surveys at the microscopic scale.For these two applications, the digital developments carried out have allowed the realization of encouraging first experimental trials.; En simulation numérique thermique, le problème inverse consiste à partir de mesures de température, à retrouver un ou plusieurs paramètres de l'équation de la chaleur discrétisée. C'est une procédure complexe qui reste souvent limitée à une géométrie simple. L'idée est alors d'utiliser des modèles réduits thermiques de type modaux, qui vont permettre de diminuer considérablement le nombre d'inconnues tout en maintenant une précision satisfaisante sur l'intégralité du domaine modélisé. Ces modèles vont alors permettre d'étendre la technique des problèmes inverses à tout type de géométrie, quelle que soit sa complexité.L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'efficacité d'une telle méthode pour une application liée à la thermique du bâtiment, dans laquelle on cherche à identifier les propriétés de matériaux isolants (capacité et conductivité thermiques).Le principal travail a été la mise en application de cette technique pour une mesure in situ, via une sonde de type fil chaud, jusqu'ici inadaptée aux isolants thermiques.Une seconde application de cette technique de résolution de problèmes inverses par modèle réduit est la caractérisation d'un matériau bio-sourcé à partir de relevés tomographiques à l'échelle microscopique.Pour ces deux applications, les développements numériques effectués ont permis la réalisation de premiers essais expérimentaux encourageants.

In numerical thermal simulation, the inverse problem consists in finding one or more parameters of the discretized heat equation from temperature measurements. This is a complex procedure that often remains limited to simple geometry. The idea is then to use modal-type thermal reduced models, which will considerably reduce the number of unknowns while maintaining satisfactory accuracy over the entire modelled domain. These models will then allow to extend the technique of inverse problems to any type of geometry, whatever its complexity.The objective of this thesis work is to evaluate the efficiency of such a method for an application related to building thermics, in which one seeks to identify the properties of insulating materials (thermal capacity and conductivity).The main work has been the application of this technique for an in situ measurement, using a hot wire probe, which has so far been unsuitable for thermal insulation.A second application of this technique to solve inverse problems by reduced model is the characterization of a bio-sourced material from tomographic surveys at the microscopic scale.For these two applications, the digital developments carried out have allowed the realization of encouraging first experimental trials.; En simulation numérique thermique, le problème inverse consiste à partir de mesures de température, à retrouver un ou plusieurs paramètres de l'équation de la chaleur discrétisée. C'est une procédure complexe qui reste souvent limitée à une géométrie simple. L'idée est alors d'utiliser des modèles réduits thermiques de type modaux, qui vont permettre de diminuer considérablement le nombre d'inconnues tout en maintenant une précision satisfaisante sur l'intégralité du domaine modélisé. Ces modèles vont alors permettre d'étendre la technique des problèmes inverses à tout type de géométrie, quelle que soit sa complexité.L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'efficacité d'une telle méthode pour une application liée à la thermique du bâtiment, dans laquelle on cherche à identifier les propriétés de matériaux isolants (capacité et conductivité thermiques).Le principal travail a été la mise en application de cette technique pour une mesure in situ, via une sonde de type fil chaud, jusqu'ici inadaptée aux isolants thermiques.Une seconde application de cette technique de résolution de problèmes inverses par modèle réduit est la caractérisation d'un matériau bio-sourcé à partir de relevés tomographiques à l'échelle microscopique.Pour ces deux applications, les développements numériques effectués ont permis la réalisation de premiers essais expérimentaux encourageants.

This work is about radiative heat transfer in heterogeneous materials used in high temperature applications, such as fire safety in buildings, insulation of furnaces or thermal protection for aerospace vehicles. These semitransparent materials with heterogeneous structure absorb and scatter thermal radiation, and their radiative properties at high temperatures are generally unknown. In order to accurately model radiative transfer within these materials and to quantify the impact of radiation in the global heat transfer, it is necessary to determine absorption and scattering radiative properties. In this thesis, these properties are identified by inverse method from radiative models and spectrometric measurements. Experimental identification from spectrometric measurements provides radiative properties at temperature levels close to real operating conditions for the material of interest. To carry out the analysis of the inverse problem, we develop here a methodology based on Symbolic Monte Carlo (SMC) methods. These methods allow expressing radiative fluxes as a simple function of the so-called symbolic parameters. A single calculation expresses radiative fluxes overall the parameter space, which turns out to be very useful in an inversion approach. These methods are particularly suitable for expressing radiative quantities as a function of temperature, of absorption and scattering coefficients. In this thesis, we also propose a new symbolic method based on a series expansion of orthogonal polynomials, allowing the extension of SMC methods to other types of parameters (geometric, phase function, etc.). Expressions of radiative fluxes as functions of radiative properties obtained by SMC are employed to analyze if the inverse problem is well-posed and to efficiently identify the radiative properties, while taking into account the experimental and numerical uncertainties. On the other hand, if the inverse problem is ill-posed, this method can analyze the input of other types of measurements that may allow the identification. The methodology is applied in this work to the identification of radiative properties of a family of heterogeneous materials composed of Quartz fibers.; Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur par rayonnement dans des matériaux hétérogènes utilisés dans des applications haute température, comme la sécurité incendie dans le bâtiment, l’isolation de fours ou la protection thermique dans l’aérospatial. Ces matériaux hétérogènes en structure et/ou en composition s’avèrent être des milieux semi-transparents qui absorbent et qui diffusent le rayonnement thermique, et leurs propriétés radiatives à haute température sont souvent inconnues. Afin de modéliser avec précision le rayonnement au sein de ces matériaux et de quantifier la part du rayonnement par rapport aux autres modes de transferts de chaleur, il est nécessaire de déterminer leurs propriétés radiatives d’absorption et de diffusion. Dans le cadre de cette thèse, ces propriétés sont identifiées par méthode inverse à partir de modèles de rayonnement et de mesures spectrométriques. L’identification expérimentale permet d’accéder aux propriétés radiatives dans des conditions de température proches des conditions d’utilisation du matériau d’intérêt. Pour mener à bien l’analyse du problème inverse, nous proposons et développons ici une méthodologie se basant sur des méthodes Monte Carlo Symbolique (MCS). Celles-ci permettent d’exprimer les flux radiatifs sous la forme d’une fonction simple de paramètres dits symboliques. Un seul calcul permet ainsi d’exprimer les flux sur tout l’espace des paramètres, ce qui s’avère très utile dans une démarche d’inversion. Ces méthodes sont particulièrement adaptées pour exprimer des grandeurs radiatives en fonction de la température, du coefficient d’absorption et du coefficient de diffusion. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode symbolique basée sur un développement en séries de polynômes orthogonaux, permettant d’étendre la méthode MCS à d’autres types de paramètres (géométriques, fonction de phase, etc.). Les expressions de flux radiatif en fonction des propriétés radiatives obtenues par MCS permettent de déterminer si le problème inverse est bien-posé et d’identifier rapidement les propriétés radiatives, tout en prenant en compte les incertitudes expérimentales et numériques. D’autre part, dans le cas où le problème inverse est mal-posé, l’outil proposé permet d’analyser l’apport d’informations supplémentaires par d’autres modèles ou d’autres types de mesures pour l’identification. Dans cette thèse, nous appliquons cette méthodologie à l’identification des propriétés radiatives du Quartzel, famille de matériaux hétérogènes constitués de fibres de Quartz.

This work is about radiative heat transfer in heterogeneous materials used in high temperature applications, such as fire safety in buildings, insulation of furnaces or thermal protection for aerospace vehicles. These semitransparent materials with heterogeneous structure absorb and scatter thermal radiation, and their radiative properties at high temperatures are generally unknown. In order to accurately model radiative transfer within these materials and to quantify the impact of radiation in the global heat transfer, it is necessary to determine absorption and scattering radiative properties. In this thesis, these properties are identified by inverse method from radiative models and spectrometric measurements. Experimental identification from spectrometric measurements provides radiative properties at temperature levels close to real operating conditions for the material of interest. To carry out the analysis of the inverse problem, we develop here a methodology based on Symbolic Monte Carlo (SMC) methods. These methods allow expressing radiative fluxes as a simple function of the so-called symbolic parameters. A single calculation expresses radiative fluxes overall the parameter space, which turns out to be very useful in an inversion approach. These methods are particularly suitable for expressing radiative quantities as a function of temperature, of absorption and scattering coefficients. In this thesis, we also propose a new symbolic method based on a series expansion of orthogonal polynomials, allowing the extension of SMC methods to other types of parameters (geometric, phase function, etc.). Expressions of radiative fluxes as functions of radiative properties obtained by SMC are employed to analyze if the inverse problem is well-posed and to efficiently identify the radiative properties, while taking into account the experimental and numerical uncertainties. On the other hand, if the inverse problem is ill-posed, this method can analyze the input of other types of measurements that may allow the identification. The methodology is applied in this work to the identification of radiative properties of a family of heterogeneous materials composed of Quartz fibers., Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude des transferts de chaleur par rayonnement dans des matériaux hétérogènes utilisés dans des applications haute température, comme la sécurité incendie dans le bâtiment, l’isolation de fours ou la protection thermique dans l’aérospatial. Ces matériaux hétérogènes en structure et/ou en composition s’avèrent être des milieux semi-transparents qui absorbent et qui diffusent le rayonnement thermique, et leurs propriétés radiatives à haute température sont souvent inconnues. Afin de modéliser avec précision le rayonnement au sein de ces matériaux et de quantifier la part du rayonnement par rapport aux autres modes de transferts de chaleur, il est nécessaire de déterminer leurs propriétés radiatives d’absorption et de diffusion. Dans le cadre de cette thèse, ces propriétés sont identifiées par méthode inverse à partir de modèles de rayonnement et de mesures spectrométriques. L’identification expérimentale permet d’accéder aux propriétés radiatives dans des conditions de température proches des conditions d’utilisation du matériau d’intérêt. Pour mener à bien l’analyse du problème inverse, nous proposons et développons ici une méthodologie se basant sur des méthodes Monte Carlo Symbolique (MCS). Celles-ci permettent d’exprimer les flux radiatifs sous la forme d’une fonction simple de paramètres dits symboliques. Un seul calcul permet ainsi d’exprimer les flux sur tout l’espace des paramètres, ce qui s’avère très utile dans une démarche d’inversion. Ces méthodes sont particulièrement adaptées pour exprimer des grandeurs radiatives en fonction de la température, du coefficient d’absorption et du coefficient de diffusion. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode symbolique basée sur un développement en séries de polynômes orthogonaux, permettant d’étendre la méthode MCS à d’autres types de paramètres (géométriques, fonction de phase, etc.). Les expressions de flux radiatif en fonction des propriétés radiatives obtenues par MCS permettent de déterminer si le problème inverse est bien-posé et d’identifier rapidement les propriétés radiatives, tout en prenant en compte les incertitudes expérimentales et numériques. D’autre part, dans le cas où le problème inverse est mal-posé, l’outil proposé permet d’analyser l’apport d’informations supplémentaires par d’autres modèles ou d’autres types de mesures pour l’identification. Dans cette thèse, nous appliquons cette méthodologie à l’identification des propriétés radiatives du Quartzel, famille de matériaux hétérogènes constitués de fibres de Quartz.

Models used for studies of atmospheric reentry vehicles are mainly developed with data from wind tunnel test campaigns. Despite such data are highly instructive, they do not reflect all the conditions encountered during reentry. Measurements carried out during atmospheric flights can be used to deal with this lack of data. Within this context, the present work consisted in an aerothermodynamic analysis of the atmospheric reentry of a reusable lifting body from a low Earth orbit. This study used thermocouple and infrared thermographic temperature measurements carried out during the atmospheric reentry of the IXV (Intermediate eXperimental Vehicle) spaceplane. This vehicle was an automatic lifting body designed and launched by the European Space Agency. The aerothermodynamic analysis involved two approaches. The first one is based on inverse heat conduction problems: the purpose was to estimate the unknown convecto-diffusive heat flux at the windward surface of IXV using temperature measurements on the leeward surface of a flap or inside the thermal protection systems. However, estimates from inverse analyses do not bring information about physical phenomena in the shock layer which could generate convecto-diffusive heat flux at the surface. This point justifies the work from the second approach, based on 1D and 3D Navier-Stokes simulations of the hypersonic flow around IXV. The purposes of these simulations were to analyse and identify the physical phenomena which allowed the convecto-diffusive heat flux from inverse problems to be reproduced. This association between inverse methods and Navier-Stokes simulations was previously tested on data from the orbiter Columbia during the STS-2 atmospheric reentry. The long-term objective is to improve aerothermodynamic databases and tools for the preparation of Europe’s future automated reentry systems.; Les modèles développés pour l'étude des rentrées atmosphériques sont essentiellement basés sur des mesures en soufflerie. Bien que ces dernières soient riches en enseignements, elles ne sont pas représentatives de l'ensemble des conditions rencontrées lors d'une rentrée atmosphérique. Pour combler ce manque de données il est nécessaire de traiter des mesures réalisées en vol. Les présents travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte et proposent une analyse aérothermodynamique de la rentrée atmosphérique d'un véhicule réutilisable, de type corps portant, depuis une orbite basse terrestre. Plus précisément cette analyse traite du flux de chaleur convecto-diffusif à l'intrados du véhicule. Pour remplir cet objectif l'étude s'appuie principalement sur les mesures de température effectuées au cours de la rentrée atmosphérique de l’IXV (Intermediate eXperimental Vehicle), le premier véhicule autonome de l'Agence Spatiale Européenne piloté sur une trajectoire planante. Les mesures de température ont été réalisées dans les protections thermiques de l’intrados et à la surface extrados des gouvernes à l’aide de thermocouples et d'une caméra infrarouge. L'analyse aérothermodynamique s'articule autour de deux approches complémentaires. La première est une estimation par méthodes inverses 1D et 3D du flux de chaleur convecto-diffusif à la surface intrados de l'IXV à partir des mesures de température. Cependant ces estimations ne permettent pas à elles seules de remonter jusqu'à l'historique des phénomènes physico-chimiques dans la couche de choc. Ce point justifie la présence de la deuxième approche basée sur des simulations Navier-Stokes 1D et 3D de l'écoulement. Ces simulations ont été menées afin d'identifier et d'analyser de possibles scénarios des phénomènes physico-chimiques permettant de reproduire les niveaux du flux de chaleur estimés par méthode inverse. Cette méthode, basée sur les résultats d'une approche par méthode inverse et d'une approche par simulations de l'écoulement, a préalablement été testée sur les données des premiers vols de la navette spatiale américaine Columbia. Finalement, ces travaux de thèse présentent une lecture approfondie des mesures réalisées au cours du vol de l'IXV. Sur le long terme ces données permettront de compléter les bases de données aérothermodynamiques et d'améliorer les outils de dimensionnement des véhicules de rentrée atmosphérique.

Since the discovery of the acceleration of the expansion of the universe at the end of the 90s, the LambdaCDM model describing the properties of the universe with only six parameters, remains to this day in agreement with current observations. The discovery of the accelerating expansion of the universe revealed the existence of a new dark component of the universe: dark energy which constitutes 70% of the total density of the universe. In recent years, many experiments have been proposed with the aim of studying cosmic acceleration, and this thanks to various cosmological probes. For example the grouping of galaxies, supernovae, weak and strong gravitational lensing, the cosmic microwave background or clusters of galaxies. In order to quantify the performance of cosmological probes, the Dark Energy Task Force (DETF) defined a figure of merit metric as inversely proportional to the contour area given by the dark energy parameters omega 0, and omega a derived from the Chevallier-Polarski-Linder parametrization. We are currently entering an era of high precision with large Generation IV cosmological surveys: Euclid, DESI, LSST, and W-FIRST. Predicting the constraints and the factor of merit that a future experiment will bring (forecasts) has now become one of the main concerns of scientists, because in addition to predicting the performance of future surveys, forecasts help in their design. This work aims to provide quantitative estimates of the binding power of some main Generation IV statements (Euclid, DESI, and LSST) within the framework of the LambdaCDM model, but also for its extensions (models relaxing the dark energy parameters, and modified gravity models). This work also focuses on the numerical aspect of the statistical approaches used in the forecasts and presents methods ensuring the robustness of the results via analyzes of stability, convergence, and thanks to the comparisons between different possible approaches (Fisher formalism, and Monte-Carlo Markov-Chain). In this thesis, we show that performing cross-correlations between different cosmological probes considerably improves the figure of merit, in particular for Euclid, the gain being less important for LSST. However, the comparison of the readings shows that LSST will potentially be the Generation IV survey that will provide the greatest figure of merit, unlike DESI, which will be the least efficient survey. We also highlight that the multi-tracer analysis carried out on the different populations that DESI will observe does not allow a considerable gain on the constraints and the figure of merit if we compare to a simple single-tracer analysis.; Depuis la découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers à la fin des années 90, le modèle LambdaCDM décrivant les propriétés de l'univers avec seulement six paramètres, demeure encore à ce jour en accord avec les observations actuelles. La découverte de l'accélération de l'expansion de l'univers révéla l'existence d'une nouvelle composante noire de l'univers: l'énergie noire qui constitue 70% de la densité totale de l'univers. Durant ces dernières années, de nombreuses expériences furent proposées dans le but d'étudier l'accélération cosmique, et cela grâce à diverses sondes cosmologiques, par exemple le groupement de galaxies, les supernovae, les lentillages gravitationnels faible et fort, le fond diffus cosmologique ou les amas de galaxies. Afin de quantifier les performances des sondes cosmologiques, la Dark Energy Task Force (DETF) a défini une métrique du facteur de mérite comme inversement proportionnelle à la surface du contour donnée par les paramètres d'énergie noire omega 0 , et omega a issus de la paramétrisation Chevallier-Polarski-Linder. Nous entrons actuellement dans une ère de haute précision avec les grands relevés cosmologiques de génération IV: Euclid, DESI, LSST, et W-FIRST. La prédiction des contraintes et du facteur de mérite qu'apportera une future expérience (forecasts) est aujourd'hui devenue l'une des principales préoccupations des scientifiques, car en plus de prédire les performances des futurs relevés, les forecasts aident à leur conception. Ce travail a pour but de donner des estimations quantitatives sur le pouvoir contraignant de quelques principaux relevés de génération IV (Euclid, DESI, et LSST) dans le cadre du modèle LambdaCDM, mais aussi pour ses extensions (modèles relâchant les paramètres de l'énergie noire, et modèles de gravité modifiée). Ce travail se concentre également sur l'aspect numérique des approches statistiques utilisées dans les forecasts et présente des méthodes assurant la robustesse des résultats via des analyses de stabilité, de convergence, et grâce aux comparaisons entre différentes approches possibles (formalisme de Fisher, et Monte-Carlo Markov-Chain). Dans cette thèse, nous montrons qu'effectuer des corrélations croisées entre différentes sondes cosmologiques améliore considérablement le facteur de mérite, en particulier pour Euclid, le gain étant moins important pour LSST. La comparaison des relevés montre toutefois que LSST sera potentiellement le relevé de génération IV qui fournira le plus grand facteur de mérite, contrairement à DESI qui sera le relevé le moins performant. Nous mettons également en avant que l'analyse multi-traceurs effectuée sur les différentes populations qu'observera DESI ne permet pas un gain considérable sur les contraintes et le facteur de mérite par rapport à une simple analyse mono-traceur.

Models used for studies of atmospheric reentry vehicles are mainly developed with data from wind tunnel test campaigns. Despite such data are highly instructive, they do not reflect all the conditions encountered during reentry. Measurements carried out during atmospheric flights can be used to deal with this lack of data. Within this context, the present work consisted in an aerothermodynamic analysis of the atmospheric reentry of a reusable lifting body from a low Earth orbit. This study used thermocouple and infrared thermographic temperature measurements carried out during the atmospheric reentry of the IXV (Intermediate eXperimental Vehicle) spaceplane. This vehicle was an automatic lifting body designed and launched by the European Space Agency. The aerothermodynamic analysis involved two approaches. The first one is based on inverse heat conduction problems: the purpose was to estimate the unknown convecto-diffusive heat flux at the windward surface of IXV using temperature measurements on the leeward surface of a flap or inside the thermal protection systems. However, estimates from inverse analyses do not bring information about physical phenomena in the shock layer which could generate convecto-diffusive heat flux at the surface. This point justifies the work from the second approach, based on 1D and 3D Navier-Stokes simulations of the hypersonic flow around IXV. The purposes of these simulations were to analyse and identify the physical phenomena which allowed the convecto-diffusive heat flux from inverse problems to be reproduced. This association between inverse methods and Navier-Stokes simulations was previously tested on data from the orbiter Columbia during the STS-2 atmospheric reentry. The long-term objective is to improve aerothermodynamic databases and tools for the preparation of Europe’s future automated reentry systems., Les modèles développés pour l'étude des rentrées atmosphériques sont essentiellement basés sur des mesures en soufflerie. Bien que ces dernières soient riches en enseignements, elles ne sont pas représentatives de l'ensemble des conditions rencontrées lors d'une rentrée atmosphérique. Pour combler ce manque de données il est nécessaire de traiter des mesures réalisées en vol. Les présents travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte et proposent une analyse aérothermodynamique de la rentrée atmosphérique d'un véhicule réutilisable, de type corps portant, depuis une orbite basse terrestre. Plus précisément cette analyse traite du flux de chaleur convecto-diffusif à l'intrados du véhicule. Pour remplir cet objectif l'étude s'appuie principalement sur les mesures de température effectuées au cours de la rentrée atmosphérique de l’IXV (Intermediate eXperimental Vehicle), le premier véhicule autonome de l'Agence Spatiale Européenne piloté sur une trajectoire planante. Les mesures de température ont été réalisées dans les protections thermiques de l’intrados et à la surface extrados des gouvernes à l’aide de thermocouples et d'une caméra infrarouge. L'analyse aérothermodynamique s'articule autour de deux approches complémentaires. La première est une estimation par méthodes inverses 1D et 3D du flux de chaleur convecto-diffusif à la surface intrados de l'IXV à partir des mesures de température. Cependant ces estimations ne permettent pas à elles seules de remonter jusqu'à l'historique des phénomènes physico-chimiques dans la couche de choc. Ce point justifie la présence de la deuxième approche basée sur des simulations Navier-Stokes 1D et 3D de l'écoulement. Ces simulations ont été menées afin d'identifier et d'analyser de possibles scénarios des phénomènes physico-chimiques permettant de reproduire les niveaux du flux de chaleur estimés par méthode inverse. Cette méthode, basée sur les résultats d'une approche par méthode inverse et d'une approche par simulations de l'écoulement, a préalablement été testée sur les données des premiers vols de la navette spatiale américaine Columbia. Finalement, ces travaux de thèse présentent une lecture approfondie des mesures réalisées au cours du vol de l'IXV. Sur le long terme ces données permettront de compléter les bases de données aérothermodynamiques et d'améliorer les outils de dimensionnement des véhicules de rentrée atmosphérique.

International audience; In this paper, a modeling extension for the description of wave propagation in rigid porous media at high frequencies is used. To better characterize the visco-inertial and thermal interactions between the fluid and the structure in this regime, two additional characteristic viscous and thermal surfaces R and R0 are taken into account, as initially introduced in Kergomard, Lafarge, and Gilbert [Acta Acust. Acust. 99(4), 557–571 (2013)]. This extends the modeling order of the dynamic tortuosity and compressibility. A sensitivity analysis is performed on the additional parameters, showing that only the viscous surface R has an influence on transmitted waves in the high frequency regime, for materials having a low viscous characteristic length. A general Bayesian inference is then conducted to infer simultaneously the posterior probability densities of the parameters associated with the visco-inertial effects, i.e., the porosity, tortuosity, the viscous characteristic length, and the viscous characteristic surface. The proposed method is based on the measurement of waves transmitted by a slab of rigid porous material in the time domain. Bayesian inference results obtained on three different porous materials are presented.

The growing interest in biosourced materials in the construction sector is confronted with difficulties in simulating their hygrothermal behavior. Insulating materials such as fiberboard concentrate all the difficulties because they are not very thermally conductive, very hygroscopic and very diffusive to water vapor. Consequently, in transient state, heat and mass coupling is exacerbated, and the phases of water are not in equilibrium locally.In order to highlight this second phenomenon, a new experimental device has been developed. It allows to subject a sample a few centimeters thick to a disturbance of relative humidity on its front face and then to simultaneously measure the evolution of relative humidity on its back face and its mass. In a situation of non-equilibrium, there is a phase shift between these two quantities that the classic coupled transfer formulation cannot predict. In order to obtain a correct prediction, a new formulation was used. It is based on the use of memory functions characterizing microscopic diffusion. In order to demonstrate the predictive capacity of the new formulation, these functions have been determined with gravimetric tests performed on very small samples using a magnetic suspension balance. In parallel, a rigorous analysis of the heat and mass coupling in these materials made it possible to highlight the impact of different macroscopic parameters on their characterization.The use of the new formulation fed by the identified memory functions and the various macroscopic parameters allows an excellent prediction of relative humidity and mass. This new formulation, experimentally validated, can now be used in energy simulation of the building.; L’intérêt croissant pour les matériaux biosourcés dans le domaine de la construction se heurte à des difficultés quant à la simulation de leur comportement hygrothermique. En particulier, les matériaux isolants tels que les panneaux de fibres concentrent toutes les difficultés car ils sont peu conducteurs thermiquement, très hygroscopiques et très diffusifs à la vapeur d’eau. Conséquemment, en régime transitoire le couplage chaleur masse est exacerbé et les phases de l’eau ne sont pas à l’équilibre localement.Afin de mettre en évidence ce second phénomène, un nouveau dispositif expérimental a été développé. Il permet de soumettre un échantillon de quelques centimètres d’épaisseur à une perturbation de l’humidité relative sur sa face avant puis de mesurer simultanément l’évolution de l’humidité relative sur sa face arrière et de sa masse. En situation de non-équilibre, il existe un déphasage entre ces deux grandeurs que la formulation de transferts couplés classique n’arrive pas à prédire. Afin d’obtenir une prédiction correcte, une nouvelle formulation a été utilisée. Celle-ci se base sur l’emploi de fonctions mémoires caractérisant la diffusion microscopique. De manière à démontrer la capacité prédictive de la nouvelle formulation, ces fonctions ont été déterminées avec des essais gravimétriques réalisés sur de très petits échantillons à l’aide d’une balance à suspension magnétique. En parallèle, une analyse rigoureuse du couplage chaleur masse dans ces matériaux a permis de souligner l’impact sur leur caractérisation de différents paramètres macroscopiques.L’utilisation de la nouvelle formulation alimentée par les fonctions mémoires et les différents paramètres macroscopiques permet une excellente prédiction de l’humidité relative et de la masse. Cette nouvelle formulation validée expérimentalement est désormais utilisable dans des logiciels de simulation énergétique du bâtiment.

The growing interest in biosourced materials in the construction sector is confronted with difficulties in simulating their hygrothermal behavior. Insulating materials such as fiberboard concentrate all the difficulties because they are not very thermally conductive, very hygroscopic and very diffusive to water vapor. Consequently, in transient state, heat and mass coupling is exacerbated, and the phases of water are not in equilibrium locally.In order to highlight this second phenomenon, a new experimental device has been developed. It allows to subject a sample a few centimeters thick to a disturbance of relative humidity on its front face and then to simultaneously measure the evolution of relative humidity on its back face and its mass. In a situation of non-equilibrium, there is a phase shift between these two quantities that the classic coupled transfer formulation cannot predict. In order to obtain a correct prediction, a new formulation was used. It is based on the use of memory functions characterizing microscopic diffusion. In order to demonstrate the predictive capacity of the new formulation, these functions have been determined with gravimetric tests performed on very small samples using a magnetic suspension balance. In parallel, a rigorous analysis of the heat and mass coupling in these materials made it possible to highlight the impact of different macroscopic parameters on their characterization.The use of the new formulation fed by the identified memory functions and the various macroscopic parameters allows an excellent prediction of relative humidity and mass. This new formulation, experimentally validated, can now be used in energy simulation of the building., L’intérêt croissant pour les matériaux biosourcés dans le domaine de la construction se heurte à des difficultés quant à la simulation de leur comportement hygrothermique. En particulier, les matériaux isolants tels que les panneaux de fibres concentrent toutes les difficultés car ils sont peu conducteurs thermiquement, très hygroscopiques et très diffusifs à la vapeur d’eau. Conséquemment, en régime transitoire le couplage chaleur masse est exacerbé et les phases de l’eau ne sont pas à l’équilibre localement.Afin de mettre en évidence ce second phénomène, un nouveau dispositif expérimental a été développé. Il permet de soumettre un échantillon de quelques centimètres d’épaisseur à une perturbation de l’humidité relative sur sa face avant puis de mesurer simultanément l’évolution de l’humidité relative sur sa face arrière et de sa masse. En situation de non-équilibre, il existe un déphasage entre ces deux grandeurs que la formulation de transferts couplés classique n’arrive pas à prédire. Afin d’obtenir une prédiction correcte, une nouvelle formulation a été utilisée. Celle-ci se base sur l’emploi de fonctions mémoires caractérisant la diffusion microscopique. De manière à démontrer la capacité prédictive de la nouvelle formulation, ces fonctions ont été déterminées avec des essais gravimétriques réalisés sur de très petits échantillons à l’aide d’une balance à suspension magnétique. En parallèle, une analyse rigoureuse du couplage chaleur masse dans ces matériaux a permis de souligner l’impact sur leur caractérisation de différents paramètres macroscopiques.L’utilisation de la nouvelle formulation alimentée par les fonctions mémoires et les différents paramètres macroscopiques permet une excellente prédiction de l’humidité relative et de la masse. Cette nouvelle formulation validée expérimentalement est désormais utilisable dans des logiciels de simulation énergétique du bâtiment.

The present work focuses on porous materials in aeronautics and the uncertainty considerationson the performed identifications. Porous materials are added inside the cavities ofacoustic liners, materials formed with perforated plates and cavities, behaving as resonators,which are widely used in the industry. The aim is to increase the frequency range of theabsorption spectrum, while improving the behaviour of liners to shear grazing flow and highsound intensity.This general topic is addressed by following two different leads.Porous materials are first considered in order to identify the intrinsic properties of theirmicro-geometry, necessary to the equivalent fluid models used later on. To achieve this, astatistical Bayesian inference tool is used to extract information on these properties in threedistinct frequency regimes.Then, the liner impedance, a global property representing the acoustic behaviour of materials,is identified through a Bayesian inference process. Data from a NASA benchmarkare used to validate the developed tool, when the liner is subject to a shear grazing flow.An extension of these results to ONERA’s B2A aeroacoustic bench is also performed,with measurements of the velocity profiles above the liner, obtained with a Laser DopplerVelocimetry technique. This identification technique is then further used for liner materialsfilled with porous media, to highlight the influence of such a porous media on the acousticresponse of the liner, when subject to a shear grazing flow. Different combinations ofperforated plates and porous materials are tested at different sound pressure level, toevaluate the influence of the presence of porous media on the non-linear behaviour of linerswhen high sound pressure levels are present., Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit gravitent autour de la thématiquedes matériaux poreux en aéronautique et de la prise en compte de l’incertitude sur lescaractérisations réalisées. On s’intéresse notamment à l’ajout de matériaux poreux au seindes cavités de liners acoustiques, matériaux architecturés constitués d’une plaque perforéeet d’une cavité fonctionnant sur le principe d’un résonateur et majoritairement utilisés dansl’industrie aéronautique. Cet ajout est réalisé avec pour objectif d’augmenter l’étenduespectrale de l’absorption acoustique de tels liners et d’en améliorer le fonctionnement enprésence d’un fort niveau sonore et d’un écoulement rasant.Pour répondre à cette problématique générale, deux grandes pistes sont suivies.Plusieurs études sont d’abord menées sur des matériaux poreux seuls, afin de déterminerles propriétés intrinsèques de leur micro-géométrie, nécessaires à l’utilisation des modèles defluide équivalent adoptés par la suite. Pour cela, un outil statistique d’inférence Bayésienneest utilisé afin d’extraire l’information sur ces propriétés, contenue dans les signaux réfléchisou transmis par un matériau poreux, et ce dans trois régimes fréquentiels distincts.Dans un second temps, l’impédance d’un liner, une propriété représentant le comportementacoustique du matériau architecturé, est identifiée par inférence Bayésienne. Desdonnées issues d’un benchmark de la NASA sont utilisées pour valider l’outil d’inférencedéveloppé, lorsque le matériau est en présence d’un écoulement rasant. Une extension desrésultats au cas du banc B2A de l’ONERA est également réalisée, avec la mesure des champsde vitesses au dessus du liner, obtenus par LDV. Cette technique d’identification est par lasuite utilisée sur un cas issu du B2A où un matériau poreux est présent au sein des cavitésdu liner, afin d’étudier l’influence du matériau poreux sur la réponse acoustique du liner enprésence d’un écoulement rasant. Des mesures complémentaires en tube à impédance sontégalement réalisées de façon à mettre en évidence l’influence de la présence d’un matériauporeux sur le comportement acoustique d’un liner soumis à de forts niveaux sonores.

Les travaux de thèse gravitent autour de la thématique des matériaux poreux en aéronautique, et de la prise en compte de l'incertitude sur les caractérisations réalisées. Est envisagé l'ajout de matériaux poreux au sein des cavités de liners acoustiques, matériaux constitués d'une plaque perforée et d'une cavité fonctionnant sur le principe du résonateur de Helmholtz et majoritairement utilisés dans l'industrie aéronautique. Cet ajout est réalisé avec pour objectif d'augmenter l'étendue spectrale de l'absorption acoustique de tels matériaux et d'en améliorer le fonctionnement en présence d'un fort niveau sonore et d'un écoulement rasant.Pour répondre à cette problématique générale, deux grandes pistes sont suivies. Plusieurs études sont d'abord menées sur des matériaux poreux seuls, afin de déterminer les propriétés intrinsèques de leur micro-géométrie, nécessaires à l'utilisation des modèles semi-phénoménologiques de fluide équivalent adoptés par la suite. Pour cela, un outil statistique d'inférence Bayésienne est utilisé afin d'extraire l'information sur ces propriétés, contenue dans les signaux réfléchis ou transmis par un matériau poreux, et ce dans trois régimes fréquentiels distincts. De plus, une extension de la modélisation des matériaux poreux rigides est proposée, par l'ajout de deux paramètres intrinsèques reliés au comportement visco-inertiel du fluide intra-pores dans le régime des basses fréquences.Dans un second temps, l'impédance d'un liner, une propriété globale représentant le comportement acoustique de matériaux, est identifiée par inférence Bayésienne. Des données issues d'un benchmark de la NASA sont utilisées pour valider l'outil d'inférence développé, lorsque le matériau est en présence d'un écoulement rasant. Une extension des résultats au cas du banc B2A de l'ONERA est également réalisée, avec des mesures des champs de vitesses au dessus du liner, obtenues par LDV. Cette technique d'identification est par la suite utilisée sur un cas issu du B2A où un matériau poreux est présent au sein des cavités du liner, afin de mettre à jour l'influence du matériau poreux sur la réponse acoustique du liner en présence d'un écoulement rasant. Des mesures complémentaires en tube à impédance, sans écoulement et en incidence normale, sont également réalisées à différents niveaux sonores et pour diverses combinaisons de plaques perforées et de matériaux poreux, de façon à mettre en évidence l'influence de la présence d'un matériau poreux sur le comportement acoustique d'un liner soumis à de forts niveaux sonores. The present work focuses on porous materials in aeronautics and the uncertainty considerations on the performed identifications. Porous materials are added inside the cavities of acoustic liners, materials formed with perforated plates and cavities, behaving as Helmholtz resonators, which are widely used in the industry. The aim is to increase the frequency range of the absorption spectrum, while improving the behaviour of liners to grazing flow and high sound intensity.This general topic is addressed by following two different leads.Porous materials were first considered in order to identify the intrinsic properties of their micro-geometry, necessary to the equivalent fluid semi-phenomenological models used later on. To achieve this, a statistical Bayesian inference tool is used to extract information on these properties, contained in reflected or transmitted signals, in three distinct frequency regimes. Furthermore, a modelling extension of rigid porous media is introduced, by adding two new intrinsic parameters related to the pore micro-structure and linked to the visco-inertial behaviour of the intra-pore fluid, at low frequencies.Then, the liner impedance, a global property representing the acoustic behaviour of materials, is identified through a Bayesian inference process. Data from a NASA benchmark are used to validate the developed tool, when the liner is subject to a shear grazing flow. An extension of these results to ONERA's B2A aeroacoustic bench is also performed, with measurements of the velocity profiles above the liner, obtained with a Laser Doppler Velocimetry technique. This identification technique is then further used for liner materials filled with porous media, to highlight the eventual influence of such a porous media on the acoustic response of the liner, when subject to a shear grazing flow. Additional measurements are permed without flow, at normal incidence, in a classical impedance tube. Different combinations of perforated plates and porous materials are tested at different sound pressure level, to evaluate the influence of the presence of porous media on the non-linear behaviour of liners when high sound pressure levels are present.

Sensitivity analyses and parameter estimation are applied to mass transfer in porous media for two remediation facilities. The first part is devoted to the sensitivity analysis of groundwater flows in a modeling of drain-aquifer exchanges to highlight the differences between the two implemented methods of discretization. The second part is dedicated to the modeling of the flow in a variably saturated porous medium in a stormwater constructed wetland, to the calibration of van Genuchten-Mualem parameters and to the evaluation of its efficiency in the reproduction of piezometric data collected on the Ostwaldergraben site. The temporal variability of the hydrodynamic parameters, including the hysteresis effect, shows that the characteristics of the filter layer alters along time. Both studies are carried using automatic differentiation.; Des analyses de sensibilité et des estimations de paramètres sont étudiées sur deux études de cas de transfert de masse en milieu poreux. La première partie est consacrée à la sensibilité des écoulements souterrains dans une modélisation des échanges drain-aquifère pour mettre en évidence les différences entre les deux méthodes de discrétisation mises en œuvre. La seconde partie est dédiée à la modélisation de l’écoulement en milieu poreux variablement saturé dans une zone humide artificielle, au calage des paramètres du modèle de van Genuchten-Mualem et à l’évaluation de son efficacité à reproduire des données piézométriques collectées sur le site de l’Ostwaldergraben. La variabilité temporelle des paramètres hydrodynamiques, incluant l’effet d’hystérésis, montre que ceux de la couche active du filtre changent au cours du temps. Ces deux études sont conduites à l’aide de la différenciation automatique.

The technique of EHGI allows a noninvasive reconstruction of the electrical potential on the uterus surface based on electrical potential measured on the body surface and anatomical data of the torso. EHGI provides very precious information about the uterus condition since it is able to provide refined spatial description of the electrical wave pathway and magnitude on the uterus surface. This may help a lot in different clinical interventions. The scientific algorithms behind any EHGI tool are able to preprocess the anatomical data of the patient in order to provide a computational mesh, filter noisy measurements of the electrical potential and solve an inverse problem. The inverse problem in uterus electrohysterography (electrohysterography imaging (EHGI)) is a new and a powerful diagnosis technique. This non-invasive technology interests more and more medical industries. The success of this technology would be considered as a breakthrough in the uterus diagnosis. However, in many cases the quality of reconstructed electrical potential is not accurate enough. The difficulty comes from the fact that the inverse problem in uterus electrohysterography is well known as a mathematically ill-posed problem. Different methods based on Thikhnov regularization have been used in order to regularize the problem. We have conducted our analysis by using a realistic uterus model and have aimed at identifying the spatial extent of the sources., La technique d'EHGI permet une reconstruction non invasive du potentiel électrique à la surface de l’utérus à partir du potentiel électrique mesuré à la surface du corps et des données anatomiques du torse. L’EHGI fournit des informations très précieuses sur l'état de l’utérus car il est capable de fournir une description spatiale raffinée de la voie et de l’amplitude des ondes électriques à la surface de l'utérus. Cela peut aider beaucoup dans différentes interventions cliniques. Les algorithmes scientifiques derrière tout outil EHGI sont capables de prétraiter les données anatomiques du patient afin de fournir un maillage informatique, de filtrer les mesures bruitées du potentiel électrique et de résoudre un problème inverse. Le problème inverse en électrohystérographie utérine (imagerie électrohystérographique (EHGI)) est une technique de diagnostic nouvelle et puissante. Cette technologie non invasive intéresse de plus en plus les industries médicales. Le succès de cette technologie serait considéré comme une percée dans le diagnostic de l'utérus. Cependant, dans de nombreux cas, la qualité du potentiel électrique reconstruit n’est pas suffisamment précise. La difficulté vient du fait que le problème inverse en électrohystérographie utérine est bien connu comme un problème mathématiquement mal posé. Différentes méthodes basées sur la régularisation de Thikhnov ont été utilisées afin de régulariser le problème. Nous avons mené notre analyse en utilisant un modèle d’utérus réaliste et avons cherché à identifier l’étendue spatiale des sources.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La complexité de l'analyse des données de nanoindentation lorsque les matériaux exhibent un comportement visqueux pose la question fondamentale de l'unicité des propriétés déterminées par une analyse de l'évolution temporelle de la force de pénétration et du déplacement de la pointe de l'indenteur . Ce problème de non-unicité des propriétés obtenues est souvent provoqué en pratique par une grande sensibilité aux erreurs de mesure . Cette difficulté est bien connue lors de l'analyse inverse de la courbe d'indentation élasto-plastique [1], elle est en revanche peu abordée en présence de phénomènes visqueux (viscoélastique et/ou viscoplastique, ...) comme cela peut être le cas pour les polymères. Cette étude porte sur les possibilités d'extraction de propriétés viscoélastiques (VE) d'un polypropylène (PP) par nanoindentation conique. L'objectif de ce travail est de développer une méthode d'analyse des données permettant de déterminer des propriétés VE qui soient intrinsèques et fiables (uniques et stables). Pour cela, un modèle éléments finis 2D-axisymétrique de l'essai de nanoindentation intégrant un comportement VE a été élaboré [2]. Ce modèle comporte 4 paramètres : module de Young , coefficient de Poisson , module d'anélasticité et coefficient de viscosité . Des essais de nanoindentation de charge-décharge jusqu'à une profondeur d'environ 500 nm ont été réalisés sur un échantillon de PP pour différentes vitesses de pénétration de l'indenteur (50, 500, 1000 et 5000 nm/min). Il s'avère qu'il est possible de recaler presque parfaitement le modèle numérique pour chacune des vitesses, mais que les valeurs des paramètres VE estimées sont très différentes d'une vitesse à l'autre. Il s'avère également que des combinaisons très différentes de valeurs des paramètres peuvent conduire à une évolution quasi-similaire. Ce résultat démontre la non-unicité des valeurs des 4 paramètres VE déterminés par l'exploitation d'un seul essai charge-décharge. Afin de quantifier la richesse de l'information contenue dans les données temporelles, une analyse d'identifiabilité a été menée. Basée sur le calcul d'un indice d'identifiabilité [3], elle montre qu'uniquement deux paramètres peuvent être identifiés à partir d'un essai charge -décharge et que le problème majeur est la grande sensibilité de la solution du problème inverse aux incertitudes sur les données . Pour identifier plus de 2 paramètres, il est indispensable d'enrichir l'information expérimentale. Une analyse d'identifiabilité exploitant simultanément les données de plusieurs d'essais est en cours. L'intérêt de prendre ensuite en compte un palier de maintien en charge sera quantifié par la même méthode. Cette approche basée sur l'identifiabilité paramétrique devrait permettre de concevoir un essai suffisamment riche pour déterminer des valeurs intrinsèques et fiables des 4 paramètres VE, et à moyen terme d'extraire des propriétés viscoélastiques et viscoplastiques de matériaux massifs ou en couches minces. REFERENCE [1] J. K. Phadikar, T. A. Bogetti, et A. M. Karlsson, « On the uniqueness and sensitivity of indentation testing of isotropic materials », Int. J. Solids Struct. 50, 3242?3253, 2013. [2] M. C. Barick, « Vérification d'un modèle de simulation de l'essai de nanoindentation couplant viscoélasticité et viscoplasticité », Mémoire de stage, Institut FEMTO-ST, Besançon, 2016. [3] F. Richard, M. Villars, et S. Thibaud, « Viscoelastic modeling and quantitative experimental characterization of normal and osteoarthritic human articular cartilage using indentation », J. Mech. Behav. Biomed. Mater.24, 41?52, 2013.

The study of aeroacoustic and hydroacoustic noises is an important industrial research field. For example, in the transport industry, flows induced by a fluid over a structure, create a source of internal noise which cannot be neglected. To minimize its impact, it is necessary to have a good knowledge of this kind of excitation.The aim of this study is to identify the turbulent wall pressure which excites the structure, for the aeronautic and naval domains, by using an inverse vibration method, such as FAT (Force Analysis Technique) and its variations FWFAT (Filtered Windowed Force Analysis Technique) and CFAT (Corrected Force Analysis Technique).First, the methods are applied to the aeronautic domain. The influence of the flow velocity on the acoustic field and the difficulty to identify the pressure responsible for the structure vibration are pointed out.Second, an application to the naval domain is shown. The method ability to isolate the acoustic part of the excitation is introduced by using simulations. The significance of the fluid-structure coupling is studied and a method which allows taking it into account is proposed. The potentiality of CFAT method is confirmed with an experimental validation at DGA Techniques Hydrodynamiques., L'étude des bruits aéronautique et hydroacoustique fait l'objet d'une forte demande industrielle en matière de recherche. En effet, dans le domaine des transports, l'écoulement du fluide sur la structure s'avère être une source de nuisance sonore non négligeable. La compréhension de ce type d'excitation est donc nécessaire pour minimiser leur impact. L'objectif de cette étude est d'identifier la pression pariétale turbulente excitant une structure à partir d'une méthode inverse vibratoire RI (Résolution Inverse) et de ses variantes RIFF (Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée) et RIC (Résolution Inverse Corrigée). Dans un premier temps, les méthodes sont appliquées au domaine aéronautique. L'influence de la vitesse de l'écoulement sur la partie acoustique de l'excitation et la difficulté rencontrée pour identifier la totalité de la pression responsable de la vibration de la structure sont mises en avant.Dans un second temps, une application des méthodes au domaine naval est proposée. La capacité des méthodes à isoler la composante acoustique de l'excitation est mise en avant à travers des simulations. L'influence du couplage fluide-structure est étudiée et une méthode permettant de le prendre en compte est présentée. La potentialité de la méthode RIC est confirmée à travers une campagne de mesure réalisée à la DGA Techniques Hydrodynamiques.

Atherosclerosis is the underlying cause of many cardiovascular diseases. Plaque rupture is a serious complication of advanced atherosclerosis, leading to life-threatening consequences. The mechanisms of atherosclerotic plaque progression and formation have been widely studied. However, due to the complexity of the process, plaque rupture mechanisms are still poorly understood. In this thesis, the innovative technical approach to measure the adhesive strength developed previously, will be applied to mice. It includes a micro-scale peel experiment protocol to measure adhesive strength of mouse atherosclerotic plaques during delamination from the underlying vessel wall. Our team at USC was the first to perform these types of measurements on mice. Another innovation of our work will involve application of a cohesive zone model to describe delamination behavior of atherosclerotic plaques under a range of physiological and pathophysiological conditions, using a 2D numerical model. While the cohesive zone approach has been widely used to model fracture mechanics, it was rarely applied to describe failure of atherosclerotic plaques. The study of plaque delamination (Leng.2015) was designed to test the use of cohesive zones by implementing a specific traction separation law, assuming the parameter values of the behavior laws of the plaque and the cohesive zone using values from the literature. Innovation in our approach is to use a simple traction separation law to study the behavior of plaques and identifying their properties. Experimental results of delamination of the plaques were used in the definition of traction-separation laws of the cohesive zone., La rupture de plaque athérosclérotique est une complication grave, menant à des conséquences mortelles. En raison de la complexité du processus, les mécanismes de rupture de la plaque sont encore mal connus. Dans cette thèse, l'approche technique innovante pour mesurer la force d'adhérence développée précédemment sera appliquée à des souris. Elle comprend un protocole de délamination à petite échelle pour mesurer la résistance adhésive des plaques d'athérosclérose. Notre équipe à USC a été la première à effectuer ce type de mesures sur des souris. Une autre innovation de notre travail impliquera l'application d'un modèle de zone cohésive pour décrire le comportement de délamination des plaques athérosclérotiques dans une gamme de conditions physiologiques et physiopathologiques, en utilisant un modèle numérique 2D. Bien que l'approche de la zone cohésive ait été largement utilisée pour modéliser la mécanique des fractures, elle a rarement été appliquée pour décrire la rupture des plaques athérosclérotiques. L'étude de la délamination des plaques (Leng.2015) a été conçue pour tester l'utilisation de zones cohésives en mettant en œuvre une loi de séparation de traction spécifique, en supposant les valeurs des paramètres des lois de comportement de la plaque et de la zone cohésive en utilisant des valeurs de la littérature. L'innovation dans notre approche est d'utiliser une simple loi de séparation de la traction pour étudier le comportement des plaques et identifier leurs propriétés. Des résultats expérimentaux de délamination des plaques ont été utilisés dans la définition des lois de traction-séparation de la zone cohésive.

Elastic compression of the leg is a widely used treatment in case of pathologies related to venous insufficiency. Its benefits are not to be proven, but still, for some patients, the therapeutic goal is not reached. One goal of this treatment is to reduce transmural pressure applied to veins in order to restore or increase blood return to the heart by the transmission of the external pressure through soft tissues. This is a complex mechanism that can be predicted by patient-specific finite element models. To be patient-specific, these models must take into account the geometry and the distribution of mechanical properties of each subject.In this study, two methodologies are developed to identify the mechanical properties of soft tissues. First, the elastic modulus distribution inside the superficial soft tissues is measured by shear wave ultrasound elastography. Second, the mechanical properties of deep soft tissues are identified through an inverse method combining the data acquired from an experimental localized compression of the leg to a bi-dimensional finite element model.These two methodologies allow to evaluate the mechanical properties heterogeneity from the skin to the fascia cruris and to characterize the non-linear behaviour of deep soft tissues. Finally, the results from both methodologies are brought together to generate a biomechanical model of the leg under elastic compression to predict pressure distribution inside soft tissues for four healthy subjects., La compression élastique de la jambe est le traitement de référence des pathologies liées à l’insuffisance veineuse. Bien que l’efficacité ne soit plus à prouver, les objectifs thérapeutiques restent non atteints pour certains patients. Un objectif de la compression élastique est la réduction de la pression pariétale des veines afin de rétablir ou d’augmenter le retour du sang vers le cœur par une transmission de pression au travers des tissus mous. Ce mécanisme est complexe et peut être prédit par des modèles éléments finis personnalisés. Pour être personnalisés, ces modèles doivent prendre en compte la géométrie et la carte des propriétés mécaniques du sujet.Dans cette étude, on développe deux méthodologies permettant d’identifier les propriétés mécaniques des tissus mous. Dans un premier temps, on mesure par élastographie ultrasonore par onde de cisaillement la distribution du module élastique au sein des tissus mous superficiels. Dans un deuxième temps, on identifie par une méthode inverse les propriétés mécaniques des tissus mous profonds. Cette méthode associe l’acquisition de données d’un essai expérimental de compression localisée de la jambe à un modèle éléments finis bidimensionnel. Ces deux méthodologies nous permettent d’évaluer l’hétérogénéité des propriétés mécaniques de la peau au fascia cruris et de caractériser le comportement non-linéaire des tissus mous profonds. Enfin, les résultats de ces deux méthodologies sont couplés afin de générer un modèle biomécanique de la jambe sous compression élastique pour prédire la distribution de pression au sein des tissus mous pour quatre sujets sains.

The behavior law is an essential element of the mechanical characterization of materials. To identify the material behavior several experimental methods can be used such as (static traction, Hopkinson bars ...) that allow to obtain mechanical laws applied under well-defined conditions, i.e. on homogeneous and bulk materials. However, do to the rising cost of these tests and their specific sample geometry, their use is limited and does not allow to probe and measure all types of materials (like coatings or porous materials....). Moreover, a broad knowledge of their properties allows a more accurate simulation of their behavior in working process. Behavior laws appropriate for bulk material do not always fit to process modeling shot peening, due to surface deformation. The main objective of this study is to develop a simple, rapid method for identifying the local behavior of materials under dynamic conditions, in order to characterize surfaces under impact loading. An inverse method has been developed to identify the behavior of materials using a combination of numerical and experimental approaches of repeated impact tests. The behavior laws obtained by the inverse method must be further investigated due to missing comparison data in literature. A comparison with an analytical method based on the theory of indentation must be carried out for more accuracy. In order to validate the efficiency of the inverse method and the analytical method, numerical blind tests wereconducted, then applications on industrial and ideal materials have been carried out to determine the limits., La loi de comportement est un élément essentiel de la caractérisation mécanique des matériaux. Pour pouvoir identifier le comportement d'un matériau, il existe plusieurs méthodes expérimentales (traction statique, barres d'Hopkinson) qui permettent d'obtenir des lois mécaniques applicables dans des conditions bien définies et le plus souvent sur des matériaux massifs homogènes. La plupart de ces essais sont de plus couteux et exigent le plus souvent des géométries d'échantillons spécifiques. L'utilisation de ces tests reste limitée et ne permet pas d'analyser tous les types de matériaux comme les revêtements ou les matériaux poreux... par exemple. Or ces matériaux eux aussi nécessitent aujourd'hui une connaissance fine de leurs propriétés afin de permettre une simulation au plus juste de leur comportement en service. Les lois de comportement établies à l'échelle d'un matériau massif ne répondent également que partiellement aux besoins de modélisation de certains procédés detraitement mécanique de surface comme par exemple le grenaillage, car elles ne prennent pas en compte les effets de la surface. L'objectif principal de cette étude est de développer une méthode à la fois rapide et facile pour pouvoir identifier le comportement local des matériaux sous condition dynamique, afin de pouvoir caractériser les surfaces soumises à des sollicitations de type chocs. Pour atteindre cet objectif, une méthode inverse a été développée pour identifier le comportement des matériaux à l'aide d'une combinaison d'approche expérimentale et numérique d'essais d'impacts répétés. Les lois decomportements obtenues à l'aide de cette méthode inverse restent sujettes à caution car difficile à comparer à des valeurs de référence par manque de données dans la littérature. Pour cette raison ces lois seront ensuite comparées avec une méthode analytique inspirée de la théorie de l'indentation. Afin de valider l'efficacité de la méthode inverse et de la méthode analytique, des essais numériques à l'aveugle ont été menés, ensuite des applications sur des matériaux modèles et industriels ont été réalisées pour déterminer les limites des méthodes.

National audience; The present study focuses on the identification of heterogeneous elastoplastic properties of a material from full-field measurements. An inverse method is used to identify on the one hand the material parameters and on the other hand the stress field. An application to a composite structure submitted to tension is presented to show the feasibility of the method. Finally, the robustness of the method is tested towards initial set of parameters, mesh and noise measurements where Gaussian perturbations were added to displacements values to simulate an experimental errors.; La présente étude porte sur l'identification des propriétés élastoplastiques hétérogènes d'un matériau à partir de mesures de champs cinématique. Une méthode inverse est mise en oeuvre afin d'identifier d'une part les paramètres matériaux (3 élastiques et 2 plastiques) et d'autre part le champ de contrainte. Un exemple sur une structure en matériaux composite est présenté en détails afin de montrer la faisabilité de l'approche. La robustesse vis-à-vis des données initiales, maillages et du bruit est étudiée.

International audience; Une méthode d'identification des coefficients aérodynamiques d'un projectile gyrostabilisé, à partir de données de vol, est proposée. Le modèle balistique utilisé pour représenter le vol du projectile est celui du Point Matériel Modifié (PMM). La technique d'identification est basée sur des problèmes d'optimisation non linéaire sous contraintes. Les coefficients aérodynamiques variant au cours du vol puisqu'ils dépendent du nombre de Mach et de l'obliquité, un fenêtrage temporel est donc réalisé de sorte à considérer les coefficients constants sur chaque intervalle de temps.

International audience; L'identification des sources vibro-acoustiques sur un GMP (Groupe Moto-Propulseur) reste aujourd'hui un sujet d'actualité pour pouvoir agir sur les causes du bruit. Pour cela, les acousticiens disposent de méthodes expérimentales d'identification et peuvent utiliser des outils de simulation numérique. Le développement de la simulation, dont l'intérêt à long terme est de réduire les prototypes physiques coûteux, passe par une étape indispensable de comparaison entre les essais et les calculs. Seulement, les principales méthodes expérimentales d'identification de sources acoustiques utilisées aujourd'hui en automobile ne sont pas assez précises, notamment en termes de localisation, pour permettre une telle corrélation. C'est dans ce contexte que la méthode présentée ici, nommée M-iPTF pour inverse Patch Transfer Functions with Mixed boundary conditions, a été développée. Grâce à un couplage de données expérimentales et numériques, elle est capable de reconstruire, à partir de mesures acoustiques, le champ de vitesse normale à la surface même de pièces de géométries complexes. Cet article présente la théorie sur laquelle s'appuie la méthode, en particulier l'application de l'identité de Green sur une cavité fictive entourant la source, sa validation numérique complète et une application expérimentale. Mots clés: identification de source, reconstruction de champs vibratoires, méthode inverse, inverse Patch Transfer Functions method.

The behavior law is an essential element of the mechanical characterization of materials. To identify the material behavior several experimental methods can be used such as (static traction, Hopkinson bars ...) that allow to obtain mechanical laws applied under well-defined conditions, i.e. on homogeneous and bulk materials. However, do to the rising cost of these tests and their specific sample geometry, their use is limited and does not allow to probe and measure all types of materials (like coatings or porous materials....). Moreover, a broad knowledge of their properties allows a more accurate simulation of their behavior in working process. Behavior laws appropriate for bulk material do not always fit to process modeling shot peening, due to surface deformation. The main objective of this study is to develop a simple, rapid method for identifying the local behavior of materials under dynamic conditions, in order to characterize surfaces under impact loading. An inverse method has been developed to identify the behavior of materials using a combination of numerical and experimental approaches of repeated impact tests. The behavior laws obtained by the inverse method must be further investigated due to missing comparison data in literature. A comparison with an analytical method based on the theory of indentation must be carried out for more accuracy. In order to validate the efficiency of the inverse method and the analytical method, numerical blind tests wereconducted, then applications on industrial and ideal materials have been carried out to determine the limits., La loi de comportement est un élément essentiel de la caractérisation mécanique des matériaux. Pour pouvoir identifier le comportement d'un matériau, il existe plusieurs méthodes expérimentales (traction statique, barres d'Hopkinson) qui permettent d'obtenir des lois mécaniques applicables dans des conditions bien définies et le plus souvent sur des matériaux massifs homogènes. La plupart de ces essais sont de plus couteux et exigent le plus souvent des géométries d'échantillons spécifiques. L'utilisation de ces tests reste limitée et ne permet pas d'analyser tous les types de matériaux comme les revêtements ou les matériaux poreux... par exemple. Or ces matériaux eux aussi nécessitent aujourd'hui une connaissance fine de leurs propriétés afin de permettre une simulation au plus juste de leur comportement en service. Les lois de comportement établies à l'échelle d'un matériau massif ne répondent également que partiellement aux besoins de modélisation de certains procédés detraitement mécanique de surface comme par exemple le grenaillage, car elles ne prennent pas en compte les effets de la surface. L'objectif principal de cette étude est de développer une méthode à la fois rapide et facile pour pouvoir identifier le comportement local des matériaux sous condition dynamique, afin de pouvoir caractériser les surfaces soumises à des sollicitations de type chocs. Pour atteindre cet objectif, une méthode inverse a été développée pour identifier le comportement des matériaux à l'aide d'une combinaison d'approche expérimentale et numérique d'essais d'impacts répétés. Les lois decomportements obtenues à l'aide de cette méthode inverse restent sujettes à caution car difficile à comparer à des valeurs de référence par manque de données dans la littérature. Pour cette raison ces lois seront ensuite comparées avec une méthode analytique inspirée de la théorie de l'indentation. Afin de valider l'efficacité de la méthode inverse et de la méthode analytique, des essais numériques à l'aveugle ont été menés, ensuite des applications sur des matériaux modèles et industriels ont été réalisées pour déterminer les limites des méthodes.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La méthode SWEAM est une méhode inverse qui a été développée pour caractériser, à l'aide d'une antenne microphonique, le champ acoustique rayonné par un rail soumis aux excitations générées par le passage d'un véhicule ferroviaire. La méthode présente des limites lorsque les ondes vibratoires dans le rail sont faiblement atténuées et peine à séparer les amplitudes des champs correspondant à des excitations trop proches sur le rail. Dans cet article, l'utilisation d'un critère prenant en compte plusieurs positions d'antenne est proposée pour améliorer les performances de la méthode. Les résultats de simulations dans différentes configurations de positions d'antenne sont comparés. Il apparaît que l'utilisation de plusieurs positions améliore considérablement les performances de la méthode, tant du point de vue de l'estimation des atténuations que de la capacité à séparer les différentes excitations.

EDF operates a large number of electrical rotating machines in its electricity generation capacity. Thermal stresses which affect them can cause local heating, sufficient to damage their integrity. The present work contributes to provide methodologies for detecting hot spots in these machines, better understanding the topology of rotating flows and identifying their effects on heat transfer. Several experimental scale model were used by increasing their complexity to understand and validate the numerical simulations. A first study on a turbulent wall jet over a non-confined backward-facing step (half-pole hydrogenerator) notes significant differences compared to results from confined case : both of them are present in an hydrogenerator. A second study was done on a small confined rotating scale model to determinate the effects of a Taylor-Couette-Poiseuille on temperature distribution and position of hot spots on the heated rotor, by studying the overall flow regimes flow. These studies have helped to obtain a reliable method based on conjugate heat transfer (CHT) simulations. Another method, based on FEM coupled with the use of an inverse method, has been studied on a large model of hydraulic generator so as to solve the computation time issue of the first methodology. It numerically calculates the convective heat transfer from temperature measurements, but depends on the availability of experimental data. This work has also developped new no-contact measurement techniques as the use of a high-frequency pyrometer which can be applied on rotating machines for monitoring temperature.; EDF exploite sur son parc de production de nombreuses machines électriques tournantes. Les contraintes thermiques subies par celles-ci engendrent des échauffements locaux qui nuisent à leur intégrité. Le présent travail contribue à fournir des méthodes de calcul adaptées à la détection et à la localisation des points chauds. Il participe à améliorer la compréhension des écoulements en rotation et leurs effets sur les transferts thermiques. Plusieurs dispositifs expérimentaux, de complexité ascendante, ont été utilisés pour comprendre et valider les simulations numériques. Une première étude sur une marche descendante (demi-pôle) parcourue par un jet de paroi non-confiné a mis en avant des différences par rapport à un jet confiné ; ces deux cas existent dans un alternateur. Une seconde étude menée sur une cavité tournante confinée a analysé l’impact d’un écoulement de Taylor-Couette-Poiseuille sur la température et la position des points chauds créés, en balayant l’ensemble des régimes d’écoulement. Ces études ont mis en exergue une première méthode de calcul fiable, fondée sur l’étude numérique CHT. Une autre méthode, basée sur la FEM couplée à une méthode inverse, a été testée sur une maquette d’alternateur hydraulique afin de pallier aux temps de calcul longs de la première. Cette méthodologie remonte aux coefficients d’échanges convectifs numériques à partir des mesures du champ thermique du rotor, mais n’est envisageable que lorsque l’on dispose de données expérimentales suffisantes. Ces travaux ont aussi mis en évidence de nouvelles techniques de mesures sans contact, comme l’utilisation d’un pyromètre à haute fréquence pour la mesure de température sur des machines tournantes.

This thesis is about a study and optimization of the cooling electric power converters (CVS) used in trains. These components are heavy, noisy, and are not energetically efficient. We analyze other types of economic and efficient cooling. We used Comsol Multiphysics to study numerically CVS cooling by natural convection using the chimney effect and liquid film by exploiting the phase change to evacuate heat. The numerical results are validated with the results from literature and those obtained experimentally. The results have shown that natural convection is not sufficient to evacuate the heat and the cooling by liquid film represents an interesting solution. We also studied experimentally the effect of the heat pipe cooling. The influence of the heat distribution was also analyzed to optimize the location of the electronic components in the CVS. A general comparison of all results was proposed to optimize the cooling system.; Cette thèse porte sur l’étude et l’optimisation du refroidissement des convertisseurs électriques de puissance (CVS) utilisés dans les trains. Ces composants de grandes dimensions sont lourds, bruyants, et représentent un gouffre énergétique à cause de leur système de refroidissement composé de ventilateur. Nous analysons d’autres types de refroidissements économiques et efficaces. Nous étudions numériquement sous Comsol Multiphysics le refroidissement des CVS par convection naturelle en utilisant l’effet cheminée et par film liquide en exploitant le changement de phase pour évacuer le maximum de chaleur. Les résultats numériques sont validés avec les résultats issus de la littérature et ceux obtenus expérimentalement grâce à un dispositif réalisé pour cette étude. Les résultats obtenus ont permis de constater que la convection naturelle n’est pas suffisante pour évacuer la chaleur et que le refroidissement par film liquide représente une solution très efficace. Nous avons aussi étudié expérimentalement l’efficacité du refroidissement par caloducs. L’influence de la répartition de la chaleur a aussi été analysée pour optimiser l’emplacement des composants électroniques dans le CVS. Une comparaison générale de tous les résultats a permis de proposer le système le plus optimiser en fonction des paramètres choisis.

Jet impingement quenching is one of the key steps among the heat treatments undergone by seamless steel tubes. By controlling the steel microstructural evolutions, the heat treatment leads to specific mechanical properties which are required by the use of the tubes in extreme environment (new generation of power plants, deep drilling,…) During the quenching, complex phenomena occur both at the pipe surface and within the material. The latter (thermal diffusion – phase transformations – stress – strain) are indeed closely related to the hydraulic and thermal mechanisms occuring on the surface. All these phenomena and their interconnection must be perfectly understood and controlled to prevent the appearance of quenching defects such as tube bending and quench cracks and to get the desired metallurgical phases. To achieve this goal we have adopted a two-stage approach. Firstly, using two innovative cooling experimental devices, including a rotating Ni201 cylinder preheated up to 600°C, we have studied the effect of several operating parameters on thermal transfer: subcooling, jet velocity, velocity of the displacement of the cooled surface, direction and impact angle of the jet. Following these sets of experiments, new correlations predicting the maximum of wall heat flux density have been proposed. These correlations take into account the wall motion. Besides this experimental work, we have undertaken numerical simulations of the experimental configuration using the CFD software Fluent. However, simulating all the thermal transfer regimes, particularly the boiling regime and their transitions is still challenging when using the default encoded boiling models; we were unable to successfully complete this work. In a second step, we have built an experimental device allowing heterogeneous quenching of a 42CrMo4 steel tube by an impinging water jet. During the quenching, the tube temperature at different locations and vertical displacement evolutions were recorded. In addition, data obtained from high-speed camera recordings allowed us to monitor the evolution of the rewetting front at the onset of cooling. Numerical simulations of these experiments were conducted in order to compute the time evolutions of temperature, phase transformations, stress and strain throughout the steel tube. To this end we used the finite element calculation software Sysweld, which includes a predictive model for the kinetics of phase transformations called PhaseRC. Using bibliographic data and some laboratory experimental characterizations, we were able to build a set of thermo-physical, metallurgical and thermo-mechanical data needful for these calculations. The simulation results have allowed to understand well the bending evolution of the tube during cooling, considering the thermal gradients and the progress of the phase transformation. Comparison of the simulation results with those obtained from measurements has shown discrepancies that we have tried to explain. Some suggestions have been given for the progress of the work accomplished during this thesis, La trempe à eau par jet impactant est une étape clé des traitements thermiques subis par les tubes d'acier sans soudure. Elle permet, par le contrôle des évolutions microstructurales de l'acier, de conférer des propriétés mécaniques élevées, requises par l'utilisation des tubes dans des environnements de plus en plus extrêmes (nouvelles générations de centrales électriques, forages très profonds,…). En cours de trempe, des phénomènes complexes se produisent à la fois en surface des tubes et au sein du matériau. Les mécanismes au sein du tube (diffusion thermique – transformations de phases – contraintes - déformations) sont en effet étroitement liés aux phénomènes hydrauliques et thermiques survenant en surface de celui-ci. L'ensemble de ces phénomènes et leur couplage requièrent une parfaite compréhension et maîtrise pour anticiper l'apparition de certains défauts de trempe comme le cintrage des tubes ou les tapures et optimiser le traitement thermique. Nous avons donc mis en place au cours de ce travail de thèse, une démarche en deux temps. Dans un premier temps, à l'aide de deux dispositifs originaux de refroidissement, par un jet d'eau plan impactant, d'un cylindre tournant en Ni201 préchauffé à 600°C, nous avons étudié les effets de plusieurs paramètres opératoires sur les transferts thermiques: sous-refroidissement, vitesse du jet, vitesse de déplacement de la paroi, orientation et angle d'impact du jet. A l'issue de cette campagne, de nouvelles corrélations prédisant la densité de flux maximale échangée en paroi, qui prennent en compte la mobilité de la paroi, ont été proposées. En parallèle de ces expérimentations, nous avons entrepris la simulation numérique de la configuration expérimentale en utilisant le code de mécanique des fluides Fluent. Cependant la difficulté rencontrée pour simuler, à partir des modèles d'ébullition disponibles par défaut dans le code, l'ensemble des régimes de transfert thermique –et leur occurrence, n'a pas pu être surmontée. Dans un second temps, nous avons construit, au sein du centre de recherche de Vallourec, un dispositif expérimental de refroidissement hétérogène d'un tube en acier 42CrMo4 par un jet d'eau plan impactant la génératrice supérieure. La température du tube (en plusieurs points) et le déplacement vertical en son milieu étaient mesurés lors des essais. De plus, des visualisations à l'aide d'une caméra rapide ont permis de suivre le front de remouillage en tout début de trempe. En parallèle, nous avons réalisé des simulations de ces expériences pour calculer les évolutions de température, les cinétiques de transformations de phases et les évolutions des contraintes et des déformations au sein du tube d'acier. Pour cela nous avons utilisé le code de calcul par éléments finis, Sysweld, auquel est intégré le modèle de prédiction des cinétiques de transformations de phases, PhaseRC. Un jeu de paramètres thermophysiques, thermométallurgiques et thermomécaniques a été établi en se basant sur des travaux antérieurs et sur des caractérisations expérimentales menées au laboratoire.. L'analyse des résultats des simulations a permis de comprendre l'évolution de la flèche du tube en fonction des gradients de température et de la progression des transformations de phases au cours du refroidissement. La comparaison calcul - expérience a mis en évidence des écarts que nous avons tenté d'expliquer. Nous avons proposé des pistes pour poursuivre le travail entrepris au cours de cette thèse

The understanding of the mechanical behavior of the muscle tissue is an important field of investigation with different applications in medicine, car crash and sport. Currently, few in vivo imaging techniques are able to characterize the mechanical properties of muscle. Thus, this study aims at developing an in vivo identification method based on displacement fieldmeasurements. The identification approach is composed of 3 dependent steps. The first step consists in performing a 2D MRI acquisition of the thigh in order to segment manually the muscle (quadriceps, ischio, gracilis and sartorius) and fat tissues. A Neo-Hookean model is chosen to characterize the hyperelastic behavior (C10, D). Secondly, an experimental compressiondevice is developed to measure the in vivo displacement field using ultrasound and Digital Image Correlation (DIC) techniques. Finally, an inverse method is implemented to identify the C10 and D parameters of each soft tissue. A numerical example is used to quantify the identification error on each parameter. Displacement field measurements confirm the ultrasound observations. They are also validated by the cartographies of the strain fields, which are obtained by the diffuse approximation method. Using the numerical example, the identification leads to low errors on the C10 (< 3%) and D (< 7%) parameters. Identified values of the mechanical parameters are in good agreement with the literature. All results validate the implemented identification method. In the long term, this protocol will allow to follow the evolution of pathologies and to conduct predictive simulations.; La compréhension du comportement musculaire est un champ d’investigation primordial dans divers domaines tels que le sport, le crash automobile et la médecine. Peu de techniques in vivo permettent aujourd’hui de caractériser les propriétés mécaniques du muscle. Aussi, l’objectif de ce travail est de développer une méthode d’identification in vivo à partir demesures de champs de déplacement. La méthode d’identification est composée de 3 étapes interdépendantes. La première consiste à réaliser une IRM de la cuisse pour segmenter manuellement différents tissus musculaires (quadriceps, ischios, gracilis et sartorius) et le tissu adipeux. Un comportement Néo-Hookéen est choisi pour modéliser le comportement hyperélastique (C10, D). Dans un second temps, un dispositif expérimental de compression est développé pour mesurer le champ de déplacement in vivo à partir des techniques d’imagerie échographique et de Corrélation d’Images Numériques. Finalement, une méthode inverse est mise en œuvre pour identifier les paramètres C10 et D de chaque tissu. Par le biais d’un exemple numérique, l’erreur sur les paramètres identifiés est évaluée. Les cartographies des champs de déplacement expérimentaux confirment les observations qualitatives obtenues sur les images échographiques et sont validées par les champs de déformation obtenus par approximation diffuse. Une faible erreur d’identification (C10

Two approaches to characterize porous media in terms of pore size distribution (PSD) are developed within our ECPS team. The aim of this study is to experimentally confirm their validity. Like the other methods using mercury intrusion, adsorption isotherm or thermoporometry, the first method consists in the use of a fluid flow threshold. Indeed, the use of flow of a yield-stress fluid like those of Herschel-Bulkley's, through a porous media, versus the pressure gradient, permits (using the analytical and numerical solutions of the inverse problem) to determine the distribution function of its PSD. The second method uses the complex admittance of a porous medium, measured from the flow rate response to a harmonic pressure gradient. As the frequency of the sollicitation is related to the pore radius through the hydrodynamic penetration depth, the admittance allows to determine the PSD using numerical solution of the associated inverse problem. Both techniques are based on the parallel capillaries bundle model, as used in most of similar studies. Our experiments use calibrated porous media. The application of these techniques to real porous media is currently lead in collaboration with the TREFLE (Bordeaux). Our experimental results clearly confirm the validity and the applicability of these methods for the characterization of the PSD. It is now possible to transfer them for an industrial use.; Deux approches pour caractériser les milieux poreux en terme de distribution de taille de pores (DTP) sont développées au sein de l'équipe ECPS. Ce travail a pour but de confirmer expérimentalement leurs validités. A l'instar des autres méthodes utilisant l'intrusion du mercure, l'adsorption isotherme ou la thermoporosimétrie, la première méthode consiste à utiliser un fluide à seuil d'écoulement. En effet, l'utilisation de l'écoulement d'un fluide à seuil de type Herschel-Bulkley, au travers d'un poreux, en fonction du gradient de pression permet (en utilisant les solutions analytique et numérique du problème inverse) de déterminer la fonction de distribution de la taille de pores. La seconde méthode utilise l'admittance complexe d'un milieu poreux, mesurée à partir de la réponse en débit à une sollicitation harmonique du gradient de pression. Comme la fréquence de la sollicitation est reliée aux rayons des pores par le biais de la profondeur de pénétration hydrodynamique, l'admittance permet de retrouver la distribution de taille de pores par la résolution numérique du problème inverse associé. Ces deux techniques sont basées sur le modèle de faisceaux de capillaires parallèles employé dans la plupart des autres études qui traitent du même problème. Nos expériences s'appuient sur des milieux poreux calibrés. L'application de ces techniques aux milieux poreux réels se fait actuellement en collaboration avec le TREFLE de Bordeaux. Les résultats expérimentaux obtenus affirment clairement la validité et l'applicabilité de ces deux méthodes pour la caractérisation de la DTP. Il est désormais envisageable de les transférer pour un usage industriel.

Intervertebral disc is mainly divided into two parts : nucleus pulposus surrounding by annulus fibrosus.Nucleus is relatively well described in literature, on the other hand annulus remains difficult to model due to its bi-phasic constitution coupled with an oriented fibres structure.Hydro-chemo-mechanical characterization represent a key point to reach a better understanding of this organ.To overcome this lack of knowledge, two axes are developed in this work : experimental and numerical.Cyclic tensile tests associated to digital image correlation techniques allow to obtain a large amount of data on global tissue behaviour.It permit to identify a hydro-chemo-mechanical model which takes in account the non-linear, anisotropic and dissipative behaviours.It also highlights sensibility to chemical variations in tissue environment observed experimentally.The most important point of this work is the simultaneous parameter identification performed on each sample during solicitations similar to in vivo conditions.This protocol reduce inter-individuals and inter-localisations discrepancies and leads to an accurate bundle of parameters.The formulation aims to accurately model fluid motion inside intervertebral disc tissues which is related to cell nutrition, growth and homoeostasis.This work is involved in a larger problematic about hydro-chemo-mechanical coupling within biological tissues.It will allow to quantify mechanical stimuli influence on human tissues evolution and adaptation to environment conditions.; Le disque intervertébral est principalement composé de deux types de tissu : le nucleus pulposus au centre contenu par l'annulus fibrosus en périphérie.Le nucleus est relativement bien décrit dans la littérature contrairement à l'annulus dont la constitution bi-phasique couplée à une structure à fibres orientées reste délicate à modéliser. La caractérisation hydro-chimio-mécanique représente un point clé dans la compréhension des phénomènes qui régissent le comportement de l'organe.Pour répondre au manque d'information, deux axes de travail sont mis en place : expérimental et numérique.La réalisation de tests de traction cyclique associés à des techniques de corrélation d'images permet de fournir une base de données complète du comportement.Elle est ensuite utilisée pour identifier un modèle hydro-chimio-mécanique qui traduit le comportement non-linéaire, anisotrope, dissipatif ainsi que la sensibilité aux variations d'environnement chimique du tissu observés expérimentalement.L'intérêt majeur de cette méthode est l'identification simultanée de l'ensemble des paramètres du modèle au cours de sollicitations proches des conditions physiologiques sur chacune des éprouvettes.Ce protocole réduit ainsi les incertitudes liées aux variabilités inter-individus et inter-localisations pour obtenir des valeurs de paramètres plus fiables.La formulation identifiée permettra de proposer un modèle compréhensif des transferts de fluide impliqués dans les processus de nutrition cellulaire.Ce sujet s'intègre dans une réflexion plus large relative à la compréhension des couplages hydro-chimio-mécaniques dans les tissus biologiques.L'enjeu est de quantifier l'impact des stimuli mécaniques sur l'évolution des tissus humains et leur adaptation aux conditions environnementales.

Organizing into a hierarchy the power injected by acoustic sources inside an aircraft cavity such as a cockpit, in flight conditions, appears as a crucial stage in orcier to reduce interior noise. To address this need, considering the whole cavity with a global method turns out to be essential. In this work, an identification method based on a local energy method called MES for Simplified Energy Method is used. With the cavity geometry and the absorption characteristics of the materials inside, the method is capable of retrieving the acoustic power radiated by the sources within the cavity from three dimensional intensity vector and energy density measurements. To assess the method in a real test case, measuring these previous energy quantities turns out to be necessary. Thus, an acoustic probe is designed, manufactured, tested and to finish validated. Based on four pressure measurements performed around a hard sphere with remote pre-amplified microphones, the multi-sensor probe is able to compute the pressure and the particle velocity vector at the center of the sphere, and then obtain the 3D intensity, and the total acoustic energy density. A cockpit mock-up based on the A380 cockpit geometry is manufactured to perform tests. Several acoustic and vibro-acoustic tests carried out in the mock-up show the capability of the association composed of the identification method and the probe to extract the acoustic power radiated by the sources, in more or less harsh acoustic conditions, with accuracy close to 2dB. Post-processing the computed injected power allows to reconstruct the acoustic field inside the cavity, and to separate the different sources contributions for sorne points of interest such as the pilot or copilot heads.; La hiérarchisation de la puissance injectée par des sources acoustiques dans une cavité d'avion telle qu'un cockpit, en vol, revêt un caractère majeur dans le but d'en réduire le bruit intérieur. Afin de répondre à ce besoin, la nécessité de considérer la cavité dans son ensemble à l'aide d'une méthode globale se révèle importante. Au cours de cette thèse, une méthode d'identification basée sur une méthode énergétique locale, appelée MES pour Méthode Energétique Simplifiée, est utilisée. En connaissant la géométrie de la cavité, ainsi que l'absorption des matériaux qui la composent, elle permet de déterminer la puissance rayonnée par les différentes sources acoustiques à l'intérieur de la cavité, à l'aide de mesures d'intensité tridimensionnelle, et de densité d'énergie acoustique totale. Afin de tester la méthode dans un cas réel, mesurer ces quantités énergétiques s'avère alors nécessaire. Une sonde acoustique est donc conçue, fabriquée, testée et enfin validée. Basée sur quatre mesures de pressions réalisées autour d'une sphère rigide à l'aide de microphones électrostatiques déportés, elle permet de mesurer la pression et le vecteur vitesse particulaire au centre de la sphère, et d'en déduire alors l'intensité 3D et la densité d'énergie totale. Un démonstrateur est ensuite construit pour réaliser des essais. Il s'agit d'une maquette de cockpit basée sur celui de l'A380. Différents essais acoustiques et vibro-acoustiques permettent alors de démontrer la capacité de l'association formée par la méthode d'identification et la sonde à déterminer la puissance injectée par les différentes sources dans des conditions acoustiques plus ou moins sévères, avec une précision de l'ordre de 2dB. Le post-traitement à l'aide de la MES des flux acoustiques rayonnés ainsi déterminés permet également de reconstruire le champ acoustique dans la cavité, ainsi que de séparer les différentes contributions en des points d'intérêt tels que les têtes pilote et copilote.

The objective of this study is to develop a methodology to characterize the mechanical behaviour of porous inorganic materials. Spherical instrumented indentation tests were used to determine the mechanical properties of a model material, gypsum, with two different porosities (30 and 60% vol.). Classical analytical methods, initially developed for nano-indentation, were used to extract the hardness and the elastic modulus of both materials, as well as stress-strain indentation curves. A methodology has been detailed in order to apply spherical indentation test to study high porous ceramics. To complete this analytical analysis, a numerical approach is used to identify an elastoplastic constitutive law for the material model. A 2D axisymmetric finite element model was developed to simulate spherical indentation tests. An inverse identification module, MIC2M, was then used to identify parameters associated to Drücker-Prager criterion (cohesion, friction and dilatancy) by minimizing the error between the experimental and the simulated indentation curves. These parameters were validated through the numerical simulation of a Vickers indentation test. Uniaxial compression and oedometer tests were also carried out on cylindrical samples to estimate the accuracy of the identified parameters. The mechanisms occurring during indentation were investigated using RX tomography and SEM. A large densified zone was noted below the indented area, with extensive gypsum crystal fracture. No macroscopic brittle crack could be observed confirming the differences between the mechanical behaviour of high porous ceramics and dense ceramics. The methodology developed in this study was applied to calcium phosphate cements, widely used for bone substitution. In-vitro degradation tests were performed on cylindrical samples of cements during 2 months into a refreshed Phosphate Buffered Saline solution. The micro-indentation method was enabled to follow mechanical properties of degraded samples and was discriminant enough to monitor the degradation process and its kinetics. Results showed a good correlation between evolutions of mechanical and physico-chemical properties of the cement investigated by X-ray diffraction and SEM. Thus, after initial cement dissolution, precipitation of more stable phosphate calcium phases implied an increase of the mechanical properties during aging. This method seems to be a promising tool for monitoring biomedical explants properties and, more generally, high porous ceramics., L’objectif de cette thèse porte sur le développement de nouveaux moyens de caractérisation mécanique de matériaux poreux inorganiques. La technique de microindentation instrumentée avec indenteur sphérique a été utilisée pour déterminer les propriétés mécaniques du plâtre pris, utilisé comme matériau modèle, à deux porosités différentes (30 et 60%vol). Les méthodes analytiques, développées initialement en nanoindentation, ont permis d’extraire la dureté et le module d’élasticité des deux matériaux, ainsi que les courbes contrainte-déformation d’indentation. Une méthodologie d’essai a été notamment détaillée afin de pouvoir appliquer cet essai d’indentation sphérique à l’étude de céramiques à forte porosité. Une approche numérique a permis de compléter les méthodes analytiques et d’identifier une loi de comportement élastoplastique pour le matériau modèle. Un modèle éléments finis 2D-axisymétrique a ainsi été développé pour simuler les essais d’indentation sphérique. Un module d’indentification inverse, MIC2M, a ensuite été utilisé pour identifier les paramètres associés au critère de Drücker-Prager (cohésion, frottement et dilatance) pour minimiser l’erreur entre la courbe expérimentale et numérique. La simulation de l’indentation Vickers, ainsi que des essais de compressions uniaxiaux et œdométriques ont permis de valider les paramètres matériaux identifiés par indentation sphérique. L’utilisation des techniques de tomographie aux rayons X et de microscopie électronique à balayage (MEB) a permis de mettre en évidence une densification du matériau au cours de l’indentation. Aucune fissure macroscopique fragile n’a par contre été observée, confirmant les différences de comportement mécanique entre des céramiques à fort taux de porosité et des céramiques denses. La méthodologie ainsi développée a ensuite été appliquée au cas d’une céramique biorésorbable à base de phosphate de calcium, famille de matériaux largement utilisée pour la substitution osseuse. Des cylindres de ciments brushitique ont subi un vieillissement in vitro d’une durée maximale de deux mois dans une solution de Phosphate Buffered Saline rafraichie. La méthode de microindentation a permis de suivre l’évolution des différents paramètres mécaniques au cours de la cinétique de dégradation des ciments. Les résultats ont montré une bonne corrélation entre les évolutions des propriétés mécaniques et physicochimiques des échantillons, suivies par diffraction des rayons X et MEB. Ainsi, après une dissolution initiale du ciment, la précipitation de nouvelles phases de phosphates de calcium plus stables a entraîné une augmentation des caractéristiques mécaniques en cours de vieillissement, mesurées par indentation. Cette méthode d’essai semble donc être un outil prometteur pour le suivi des propriétés d’explants biomédicaux et, plus généralement, des céramiques à fortes porosités.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Le formage incrémental de tôles (Incremental Sheet Forming : ISF) est présenté comme une approche stratégique de fabrication des structures minces. Le principe consiste à déformer localement une tôle à l'aide d'un outil à bout hémisphérique avec un faible diamètre par rapport aux dimensions du flan. L'avantage de ce procédé est de réaliser des pièces à géométrie complexe en contrôlant la trajectoire de l’outil de formage générée par une machine à commande numérique sans avoir besoin des matrices ou des outillages spécifiques. Au cours de l'opération de formage, l'amincissement local et les fortes déformations sont introduits et peuvent conduire à l’apparition de rupture. Récemment, la mécanique continue de l’endommagement a été reconnue comme une méthode prometteuse pour étudier le comportement mécanique des matériaux en présence de l’endommagement. À cet effet, la simulation numérique par éléments finis de procédé de micro-ISF peut être un outil applicable pour la prédiction du risque de rupture. Le présent travail présente une méthodologie complète pour l’identification et la validation de l'ensemble des paramètres d’un modèle elstoplastique endommageable. Des essais de traction sont initialement réalisés afin de proposer la loi de comportement du matériau et de définir les paramètres initiaux nécessaires pour la procédure d'identification. Ensuite, une méthode inverse basée sur la comparaison entre la réponse numérique et la réponse expérimentale du formage d'une pièce de forme pyramidale est appliquée pour calibrer le comportement du matériau. Cette loi est ensuite validée par la simulation du procédé de micro-ISF avec la même pièce en considérant une deuxième stratégie de formage. Simultanément, le paramètre décrivant l’endommagement critique est également déterminé et validé.

The understanding of the mechanical behavior of the muscle tissue is an important field of investigation with different applications in medicine, car crash and sport. Currently, few in vivo imaging techniques are able to characterize the mechanical properties of muscle. Thus, this study aims at developing an in vivo identification method based on displacement fieldmeasurements. The identification approach is composed of 3 dependent steps. The first step consists in performing a 2D MRI acquisition of the thigh in order to segment manually the muscle (quadriceps, ischio, gracilis and sartorius) and fat tissues. A Neo-Hookean model is chosen to characterize the hyperelastic behavior (C10, D). Secondly, an experimental compressiondevice is developed to measure the in vivo displacement field using ultrasound and Digital Image Correlation (DIC) techniques. Finally, an inverse method is implemented to identify the C10 and D parameters of each soft tissue. A numerical example is used to quantify the identification error on each parameter. Displacement field measurements confirm the ultrasound observations. They are also validated by the cartographies of the strain fields, which are obtained by the diffuse approximation method. Using the numerical example, the identification leads to low errors on the C10 (< 3%) and D (< 7%) parameters. Identified values of the mechanical parameters are in good agreement with the literature. All results validate the implemented identification method. In the long term, this protocol will allow to follow the evolution of pathologies and to conduct predictive simulations., La compréhension du comportement musculaire est un champ d’investigation primordial dans divers domaines tels que le sport, le crash automobile et la médecine. Peu de techniques in vivo permettent aujourd’hui de caractériser les propriétés mécaniques du muscle. Aussi, l’objectif de ce travail est de développer une méthode d’identification in vivo à partir demesures de champs de déplacement. La méthode d’identification est composée de 3 étapes interdépendantes. La première consiste à réaliser une IRM de la cuisse pour segmenter manuellement différents tissus musculaires (quadriceps, ischios, gracilis et sartorius) et le tissu adipeux. Un comportement Néo-Hookéen est choisi pour modéliser le comportement hyperélastique (C10, D). Dans un second temps, un dispositif expérimental de compression est développé pour mesurer le champ de déplacement in vivo à partir des techniques d’imagerie échographique et de Corrélation d’Images Numériques. Finalement, une méthode inverse est mise en œuvre pour identifier les paramètres C10 et D de chaque tissu. Par le biais d’un exemple numérique, l’erreur sur les paramètres identifiés est évaluée. Les cartographies des champs de déplacement expérimentaux confirment les observations qualitatives obtenues sur les images échographiques et sont validées par les champs de déformation obtenus par approximation diffuse. Une faible erreur d’identification (C10

This thesis is about the use of analytical mathematics within the framework of inverse methods applied to industry. These works are devoted to the development of sensors using real-time inverse methods adapted for rolling process. Steel producer ArcelorMittal leads a European project that aims to demonstrate the feasibility of sensors measuring fields (temperature, stress) in the contact between the product and the tool without altering physical conditions of this contact. The thesis has been funded by l'école des Ponts ParisTech. However, a three-year contract signed with ArcelorMittal has enabled the author to be part of the European project, and thus his research has been motivated by a real industrial demand. The aim of this thesis is twofold, academic and industrial; academic in the sense that these works seek to identify and use efficiently existing analytical methods for inverse problems occurring in thermo-elasticity in the context of real-time metrology. Indeed, analytical solutions are often exploited as purely theoretical cases, finding in many ways some success in engineering (for example in linear elasticity with stress intensity factors), but are most of the time relegated to the validation of numerical codes under simple assumptions. As a matter of fact, there is no research any more in pure mathematics concerning these solutions and analytical methods. However, the specific complications related to the inverse nature of problems under consideration, penalize numerical algorithms because inverse problems are ill-posed and stabilization is needed. But it remains often difficult if we consider the extreme loads (very sharp gradients) applied to industrial tools during rolling. Moreover, the real-time metrology excludes the use of numerical codes too costly in terms of computation time (iterative methods etc...). Both aspects contribute to renew widely interest for analytical solutions. It is then necessary to collect most effective and efficient (in terms of computation time and precision) methods and emphasis the most suitable for metrology. We will see various series expansions, not only to give a sequence of measured points an analytical form, but also to simplify the partial differential equations to solve. On the other hand, the goal of this thesis is also industrial, as these works are part of a process of development of sensors adapted for steel rolling industry. Thus, the robustness to measurement noise, technological constraints related to the local measurement systems (such as limitations in terms of frequency of acquisition) and calibration issues are central in the developments. Thus, the whole work can be a kind of rehabilitation of analytical methods. Their superiority over numerical methods (in terms of computation time and sometime accuracy) is highlighted, in the specific context of metrology in real-time on simple geometries. Three inverse methods in two-dimensions suitable for rolling process were developed successfully (isothermal elastic, thermal and thermoelastic coupling) and a series of experimental tests were made on the laboratory mill of ArcelorMittal. In addition, three-dimensional extensions of elastic and thermal inverse methods are also detailed; Ce travail de doctorat porte sur l'utilisation des mathématiques analytiques dans le cadre de méthodes inverses appliquées à l'industrie. Ces travaux tiennent au développement de capteurs inverses en temps réel adaptés au laminage industriel. Le producteur d'acier ArcelorMittal dirige un projet européen, qui vise à montrer la faisabilité de capteurs mesurant les champs (température, contraintes) dans le contact entre le produit et l'outil sans altérer les conditions de ce contact. Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire ont été réalisés au sein du laboratoire Navier et financé par l'école des Ponts ParisTech. Cependant un contrat sur trois ans signé avec ArcelorMittal a permis à l'auteur d'être partie prenante de ce projet européen, et ainsi de voir ses recherches concrétisées par une demande industrielle réelle. L'enjeu de cette thèse est double, académique et industriel. Académique en ce sens que les travaux cherchent à recenser et utiliser efficacement les méthodes de résolution analytiques existantes, pour des problèmes inverses en thermoélasticité, dans le cadre d'une métrologie en temps réel. En effet, les solutions analytiques sont souvent exploitées comme des cas purement théoriques, trouvant à bien des égards un certain succès dans la culture de l'ingénieur (comme c'est le cas par exemple du calcul en élasticité linéaire des facteurs d'intensité de contraintes), mais qui par bien des aspects sont reléguées à des cas d'écoles anciens servant au mieux à valider des codes de calculs numériques sur des exemples particulièrement simples. Ces solutions et méthodes de résolution analytiques ne font d'ailleurs guère plus l'objet de recherches en mathématiques pures. Cependant les problématiques propres, liées au caractère inverse des problèmes à traiter, pénalisent les méthodes de résolution numériques, en ce sens que les problèmes inverses sont mal posés, et qu'une stabilisation des algorithmes numériques est nécessaire mais souvent délicate si l'on considère les conditions extrêmes (champs très singuliers) appliquées aux outils industriels de laminage. Par ailleurs la métrologie en temps réel exclut l'utilisation de codes numériques trop coûteux en temps de calcul (méthodes itératives etc...). Ces deux aspects contribuent à renouveler assez largement l'intérêt pour les solutions analytiques. Il convient alors d'en regrouper (dans la mesure du possible) les méthodes les plus efficaces (en termes de précision et de temps de calcul notamment) et les plus adaptées pour la métrologie. Nous verrons notamment différents développements en séries élémentaires permettant non seulement de donner à une suite de points mesurés une forme analytique, mais également de simplifier les équations aux dérivées partielles à résoudre. D'autre part l'enjeu de cette thèse est également industriel, car ces travaux s'inscrivent dans une démarche de développement de capteurs adaptés à la mise en forme de l'acier par laminage. Ainsi l'étude de la robustesse au bruit de mesure, les contraintes technologiques liées à l'insertion des capteurs, les limitations en terme de fréquence d'acquisition et les problématiques de calibrage sont au coeur des développements. Ainsi, l'ensemble des travaux présentés, peut constituer une sorte de réhabilitation des méthodes analytiques, dont la supériorité sur les méthodes numériques (en termes de temps de calcul et parfois aussi de précision) est mise en lumière, dans le contexte précis de la métrologie en temps réel sur des géométries simples. Trois méthodes inverses en deux dimensions, adaptées au laminage industriel, ont été menées à bien (élastique isotherme, thermique et couplage thermoélastique), ainsi qu'une série d'applications expérimentales réalisées sur le laminoir de laboratoire d'ArcelorMittal. Par ailleurs, des extensions en trois dimensions des méthodes inverses élastiques et thermiques sont également détaillées

While aircraft noise constraints become increasingly stringent, efficient duct treatment of turbofan engines requires an accurate knowledge of liner impedance with grazing flow at high acoustic levels. This thesis aims at developing an impedance eduction method in the presence of grazing flow. The inverse process is based on acoustic velocity fields acquired by Laser Doppler Velocimetry (LDV) above the liner. The liner acoustic impedance is obtained by minimization of the distance between the measured acoustic velocity field and the simulated one. Computations rely on the resolution of the 2D linearized Euler equations in the harmonic domain, spatially discretized by a discontinuous Galerkin scheme. The gradient of the objective function is achieved by the resolution, at each iteration on the liner impedance, of the direct and adjoint equations. The solver is first validated on academic test cases, then on experimental results of acoustic pressure measurements at the rigid wall opposite the liner. Secondly the method is applied to acoustic velocity measurements obtained by LDV above the liner without flow, in the ONERA B2A test bench. The last step consists in taking into account the effects of a sheared grazing flow. The impedances educed from LDV measurements in the presence of flow namely allowed to gain insight into the absorption phenomena occuring in the B2A test bench.; La réduction des nuisances sonores est un enjeu permanent pour les acteurs de l'aéronautique. L'optimisation de la réduction de bruit apportée par les traitements acoustiques tapissant la nacelle des réacteurs turbofan passe par une caractérisation précise des matériaux employés dans l'environnement aéroacoustique d'utilisation, qui met en jeu un écoulement rasant de vitesse importante combiné à de forts niveaux sonores. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode inverse pour la détermination de l'impédance acoustique de liners soumis à un écoulement rasant, basée sur des mesures non intrusives du champ de vitesse acoustique au-dessus du matériau par Vélocimétrie Laser Doppler (LDV). L'impédance de liner est obtenue par minimisation de l'écart entre le champ de vitesse acoustique mesuré et le champ simulé numériquement en résolvant les équations d'Euler linéarisées bidimensionnelles harmoniques, discrétisées par un schéma Galerkin discontinu. Le gradient de la fonction objectif minimisée est calculé via la résolution, à chaque itération, des équations directes et adjointes. Une première étape de validation du solveur est effectuée sur des cas-tests académiques, puis sur des cas expérimentaux impliquant des mesures de pression acoustique en paroi rigide opposée au liner. Dans un second temps, la méthode est appliquée à des mesures de vitesse acoustique obtenues par LDV dans le banc B2A de l'ONERA en l'absence d'écoulement. La dernière étape consiste à prendre en compte l'effet d'un écoulement rasant de profil cisaillé. Les impédances identifiées à partir de mesures LDV en présence d'écoulement ont notamment permis de gagner en compréhension sur les phénomènes d'absorption intervenant dans le banc B2A.

The dust particle growth in plasmas is of major concern for safety issues in fusion reactors, and conversely has important industrial impacts. Dusty plasmas produced in laboratory, fusion, and in astrophysical environments have been therefore widely studied for many years to better understand the involved physical phenomena. In this thesis work, we have investigated a new dust-growing mechanism in a capacitive radio-frequency plasma of argon/acetylene mixture, with developing necessary diagnostic tools. The population of nano-particles was probed using visible-wavelength range extinction measurements combined with an inverse method. The motions and the collisions in enlarging agglomerates were followed through a fast-imaging device and the images were then analyzed using a compatible algorithm (TRACE). Ex-situ studies were also carried out on dust particles collected with an extraction technique based on the thermophoresis force. These diagnostic tools allowed us to observe a spontaneous emergence of dust density waves (DDWs) under specific experimental conditions. These waves impart substantial kinetic energy to the dust particles and thus enhance their agglomeration rate. Large agglomerates up to several hundreds of microns may thus be produced in a few tens of seconds. We have also studied the influence of experimental conditions (power, pressure) on the waves and the agglomerate characteristics; La présence de poussières au sein des plasmas est rencontrée dans de multiples environnements tels que les plasmas de laboratoires ou les plasmas de fusion. Les processus conduisant à leur formation constituent un vaste champ d'études depuis plusieurs années. Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier un nouveau mécanisme de croissance des poussières dans un plasma radiofréquence capacitif en mélange argon/acétylène. Dans certaines conditions, il a été observé que des ondes de densité de poussières apparaissaient spontanément au sein des nuages de poussières. Elles peuvent grandement favoriser l'agglomération des particules grâce à l'importante énergie cinétique qu'elles leur transfèrent. Pour réaliser cette étude, différents outils diagnostics ont été développés. Pour sonder les populations de poussières nanométriques, un premier diagnostic basé sur des mesures d'extinction dans le domaine visible associé à une méthode inverse a été mis au point. Un second diagnostic permettant l'étude des populations d'agglomérats supra-microniques a été utilisé. Il est basé sur l'utilisation de l'imagerie rapide et l'analyse automatique des films à l'aide d'un algorithme adapté (TRACE). Enfin, une méthode d'extraction des poussières en vue d'analyses ex-situ et utilisant la force de thermophorèse a été développée.Ces diagnostics ont ensuite été appliqués à l'étude des ondes de poussières et des processus d'agglomération. Nous avons montré que des agglomérats de plusieurs centaines de microns pouvaient être formés en quelques dizaines de secondes. L'influence des conditions expérimentales sur les caractéristiques des ondes et des agglomérats formés a également été étudiée

In order to establish a predictive model for in-vivo tumor growth and therapy, a multiscale model has to be set-up and calibrated individually in a stepwise process to a targeted cell type and di erent environments (in-vitro and in-vivo). As a proof of principle we will present the process chain of model construction and parametrization from di erent data sources for the avascular growth of the EMT6/Ro and the SK-MES-1 cell line. In a rst step, a multiscale and individual-based model has been built up and validated with EMT6/Ro mouse mammary carcinoma multi-cellular cell spheroid data from literature. For this cell line it predicted the growth kinetics to be controlled by a combination of spatial restrains and nutrient limitation. ATP was found to be the critical resource which the cells try to keep constant over a wide range of oxygen and glucose medium concentrations by switching between aerobic and anaerobic metabolism. Only if both, oxygen and glucose are very limiting saturation was observed which the model could explain by cell-cell-adhesion-driven migration. In a second step, the model was adapted to the SK-MES-1 cell line. The growth kinetics was calibrated quantitatively in comparison with growth curves and qualitatively by image analysis of spheroid cryosections stained for apoptosis and proliferation. Beside ATP, lactate was identi ed to control the size of the necrotic core. For the transition to the in-vivo situation, we propose a model extension introducing a blood vessel network and angiogenesis. In order to parametrize the functional vessel properties and to validate angiogenesis rules, we study the parameter inference from contrast enhanced perfusion images. As a benchmark, we rst solve the direct problem of contrast agent perfusion along a network of either permeable or non-permeable vessels. Then by voxel-wisely solving the inverse problem and direct comparison between recovered and original parameter maps we study its predictive e ciency for di erent cases.; Dans le but d'établir un modèle prédictif pour la croissance tumorale in-vivo et la thérapie, le modèle multi-échelle doit être élaboré et calibré par étape et de façon individuelle pour chaque type de cellule ciblé et pour di érents environnements (in-vitro et in-vivo). Nous présenterons, en tant que preuve de concept et à partir de di érentes sources de données, les étapes de la construction et de la paramétrisation du modèle de la croissance avasculaire des lignées de cellules EMT6/Ro et SK-MES-1. Dans une première étape, un modèle multi-échelle à base d'agents a été construit et validé avec des données provenant de la littérature sur les sphéroïdes multicellulaires de carcinomes mammaires de souris EMT6/Ro. Pour cette lignée de cellules, il a pu prédire que la cinétique de croissance est contrôlée par une combinaison de contraintes spatiales et de limitation des nutriments. Il a été trouvé que l'ATP est la ressource critique que les cellules essayent de garder constante en permutant d'un métabolisme aérobique à anaérobique et ce pour de larges plages de concentrations d'oxygène et de glucose. La saturation de la croissance a été observé uniquement dans le cas de faibles concentrations d'oxygène et de glucose ce que le modèle a pu expliqué par une migration guidée par l'adhésion de cellule à cellule. Dans une seconde étape, le modèle a été adapté à la lignée cellulaire SK-MES-1. Nous avons calibré la cinétique de croissance qualitativement en analysant des images de cryosections de sphéroïdes marquées pour l'apoptose et la prolifération et quantitativement en la comparant des courbes de croissance. Au delà de l'ATP, le lactate a été identi é comme contrôlant la taille du noyau nécrotique. Pour rendre compte de la situation in-vivo, nous proposons une extension du modèle qui prend en compte un réseau de vaisseaux sanguins et le phénomène de l'angiogenèse associé. A n de paramétrer les propriétés des vaisseaux fonctionnels et dans le but de valider les lois de l'angiogenèse, nous menons à partir d'images de perfusion d'agents de contraste une étude de sensibilité aux paramètres. Dans un premier temps, nous résolvons le problème direct de la perfusion des agents de contraste dans un réseau de vaisseaux perméables ou non. Ensuite, nous résolvons le problème inverse rigoureusement et, grâce à des comparaisons directes entre les paramètres originaux et ceux récupérés, nous étudions la capacité de prédiction du modèle dans di érents cas.

Nowadays, both identification and characterization of acoustical sources remain two important topics in industry as such method are often required to localize acoustical or vibrational sources on complex surfaces in an acoustical environment that may not be well-known. The PhD Thesis we present hereby is set in this purpose. We will study the ability of an inverse method, named iPTF (standing for inverse Patch Transfert Functions) used to solve this particular problem. In our first chapter we will present a bibliographical study of the different methods dealing with the resolution of similar problems. We will particularly underline the difficulties encountered with these methods, either regarding their practical application or their theoretical bases. The presentation of the iPTF method will be made in the second chapter. This presentation will be organized starting from the direct formulation, that is from the source to the radiated sound. This direct method is a sub-domai decomposition based approach, allowing the study of vibro-acoustical problems in low and mid frequencies. We will especially explain how the association of both direct and reverse formulation enables to identify the pressure, velocity and intensity fields on the source. The third chapter will concerne the presentation of the first identification results in a simple numerical application. In the fourth and fifth chapters, the main parameters conditioning the results given by our method will be studied. The first of these two chapters will introduce a calculation routine used to compute quickly the radiation field of a simple structure. This routine will then be used in our fifth chapter in order to build numerous fields having different characteristics. Using all these fields will let us know the stability of our method regarding different parameters. A sixth chapter will present a precise study of evanescent waves that constitute a non-neglectful part of the radiated field. According to their definition, those evanescent waves cannot be taken into account beyond the near-field, and this may be the reason of some difficulties while applying our method. The objective of the study herein presented is to determine the importance of those evanescent waves in the radiated field. We eventually present, in a last chapter, the results of experimental measures conducted during the preparation of this PhD Thesis., L’identification et la caractérisation des sources acoustiques restent encore aujourd’hui deux sujets d’importance pour les industriels qui ont besoin de techniques permettant d’identifier des sources acoustiques ou vibratoires sur des surfaces complexes dans un environnement acoustique non contrôlé. La thèse que nous présentons ici s'inscrit dans ce cadre. Nous y étudions les qualités d'une méthode inverse, appelée iPTF (pour inverse Patch Transfer Functions, pour la résolution de ce problème particulier. Nous consacrerons le premier chapitre de notre étude à la synthèse bibliographique des méthodes les plus pertinentes permettant de résoudre des problèmes similaires. Nous soulignerons également les difficultés de ces méthodes pouvant être liées à leurs applications pratiques ou à leurs fondements théoriques. Dans un second chapitre, nous présenterons la méthode iPTF à partir de sa formulation directe, c'est-à-dire de la source vers le bruit rayonné. Celle-ci est une approche par sous-structuration de domaines permettant l’étude des problèmes vibro-acoustiques en basses et moyennes fréquences. Nous montrerons particulièrement la façon dont l'association des deux formulations directe et indirecte permet de définir une méthode pouvant conduire jusqu'à l'identification des trois champs de vitesses, de pressions et d'intensités sur la surface de l'objet source. Notre troisième chapitre sera consacré à la présentation des premiers résultats d'identification dans un cas d'application numérique simple. Nous effectuerons, dans les chapitres quatre et cinq, une étude des principaux paramètres conditionnant les résultats donnés par la méthode. Le premier de ces deux chapitres présentera la mise en place d'un code de calcul permettant de résoudre rapidement le problème de rayonnement d'une structure simple. La méthode ainsi définie sera utilisée dans le chapitre cinq afin de générer de nombreux champs rayonnés présentant des caractéristiques différentes de façon à étudier la stabilité de la méthode iPTF face à la variation de différents paramètres. Un sixième chapitre présentera une étude approfondie faite sur les ondes évanescentes qui prennent une part non négligeable dans le champ rayonné par les structures. Ces ondes évanescentes, par définition, ne peuvent pas être mesurées au delà du champ proche, ce qui peut être la cause d'une part des défauts d'identification rencontrés lors de l'application de notre méthode. L'étude faite ici aura pour but de déterminer l'importance de ces ondes évanescentes dans le champ rayonné. Nous présenterons enfin, dans un dernier chapitre, les résultats de mesures expérimentales réalisées.

In this study, we used inverse methodology to construct a mass-balance model of the Estuary and northern Gulf of St. Lawrence for the 2006-2010 time period. The whole system was divided into 44 functional groups from phytoplankton and detritus to marine mammals and seabirds, including the main pelagic, demersal, and benthic species. Our overall objective was to determine the community structure and function of the studied ecosystem. Usable information exists on most of the benthic and pelagic communities of the St. Lawrence ecosystem. However, there is no overall description of ecosystem functioning. Food web modelling is an ideal way to describe such an ecosystem by creating an overview of its trophic network. The fists step was to gather and analyse basic data for the different studied groups. Based on these data, an ecosystem model was then constructed. Model results will provide an overall description of community structure, trophic interactions, and the effects of fishing and predation on the vertebrate and invertebrate communities of the ecosystem for the 2006-2010 period.; Lors de cette étude, la méthode de modélisation inverse a été utilisée pour construire un modèle d'équilibre de masse de l'estuaire et du nord du golfe du Saint-Laurent, pour la période de 2006 à 2010. Le système a été divisé en 44 groupes fonctionnels allant du phytoplancton et des détritus, aux mammifères et oiseaux marins, incluant les principales espèces pélagiques, démersales et benthiques. L'objectif général de l'étude est de déterminer la structure et le fonctionnement des communautés de l'écosystème étudié. Des informations existent déjà pour les communautés benthiques et pélagiques de l'écosystème du Saint-Laurent, cependant, aucune description globale de son fonctionnement n'a été faite. La modélisation des liens trophiques entre les compartiments de l'écosystème est une bonne méthode de description, car elle permet de construire une vue d'ensemble du réseau trophique. La première étape a été d'effectuer la collecte et l'analyse des données de base pour les différents groupes étudiés. Un modèle écosystémique a ensuite été élaboré à partir de ces données. Les résultats du modèle permettront d'obtenir une description globale de la structure de l'écosystème, des interactions trophiques et des impacts relatifs de la prédation et de la pêche sur les communautés de vertébrés et invertébrés de l'écosystème pour la période de 2006 à 2010.

While aircraft noise constraints become increasingly stringent, efficient duct treatment of turbofan engines requires an accurate knowledge of liner impedance with grazing flow at high acoustic levels. This thesis aims at developing an impedance eduction method in the presence of grazing flow. The inverse process is based on acoustic velocity fields acquired by Laser Doppler Velocimetry (LDV) above the liner. The liner acoustic impedance is obtained by minimization of the distance between the measured acoustic velocity field and the simulated one. Computations rely on the resolution of the 2D linearized Euler equations in the harmonic domain, spatially discretized by a discontinuous Galerkin scheme. The gradient of the objective function is achieved by the resolution, at each iteration on the liner impedance, of the direct and adjoint equations. The solver is first validated on academic test cases, then on experimental results of acoustic pressure measurements at the rigid wall opposite the liner. Secondly the method is applied to acoustic velocity measurements obtained by LDV above the liner without flow, in the ONERA B2A test bench. The last step consists in taking into account the effects of a sheared grazing flow. The impedances educed from LDV measurements in the presence of flow namely allowed to gain insight into the absorption phenomena occuring in the B2A test bench., La réduction des nuisances sonores est un enjeu permanent pour les acteurs de l'aéronautique. L'optimisation de la réduction de bruit apportée par les traitements acoustiques tapissant la nacelle des réacteurs turbofan passe par une caractérisation précise des matériaux employés dans l'environnement aéroacoustique d'utilisation, qui met en jeu un écoulement rasant de vitesse importante combiné à de forts niveaux sonores. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode inverse pour la détermination de l'impédance acoustique de liners soumis à un écoulement rasant, basée sur des mesures non intrusives du champ de vitesse acoustique au-dessus du matériau par Vélocimétrie Laser Doppler (LDV). L'impédance de liner est obtenue par minimisation de l'écart entre le champ de vitesse acoustique mesuré et le champ simulé numériquement en résolvant les équations d'Euler linéarisées bidimensionnelles harmoniques, discrétisées par un schéma Galerkin discontinu. Le gradient de la fonction objectif minimisée est calculé via la résolution, à chaque itération, des équations directes et adjointes. Une première étape de validation du solveur est effectuée sur des cas-tests académiques, puis sur des cas expérimentaux impliquant des mesures de pression acoustique en paroi rigide opposée au liner. Dans un second temps, la méthode est appliquée à des mesures de vitesse acoustique obtenues par LDV dans le banc B2A de l'ONERA en l'absence d'écoulement. La dernière étape consiste à prendre en compte l'effet d'un écoulement rasant de profil cisaillé. Les impédances identifiées à partir de mesures LDV en présence d'écoulement ont notamment permis de gagner en compréhension sur les phénomènes d'absorption intervenant dans le banc B2A.

The dust particle growth in plasmas is of major concern for safety issues in fusion reactors, and conversely has important industrial impacts. Dusty plasmas produced in laboratory, fusion, and in astrophysical environments have been therefore widely studied for many years to better understand the involved physical phenomena. In this thesis work, we have investigated a new dust-growing mechanism in a capacitive radio-frequency plasma of argon/acetylene mixture, with developing necessary diagnostic tools. The population of nano-particles was probed using visible-wavelength range extinction measurements combined with an inverse method. The motions and the collisions in enlarging agglomerates were followed through a fast-imaging device and the images were then analyzed using a compatible algorithm (TRACE). Ex-situ studies were also carried out on dust particles collected with an extraction technique based on the thermophoresis force. These diagnostic tools allowed us to observe a spontaneous emergence of dust density waves (DDWs) under specific experimental conditions. These waves impart substantial kinetic energy to the dust particles and thus enhance their agglomeration rate. Large agglomerates up to several hundreds of microns may thus be produced in a few tens of seconds. We have also studied the influence of experimental conditions (power, pressure) on the waves and the agglomerate characteristics, La présence de poussières au sein des plasmas est rencontrée dans de multiples environnements tels que les plasmas de laboratoires ou les plasmas de fusion. Les processus conduisant à leur formation constituent un vaste champ d'études depuis plusieurs années. Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier un nouveau mécanisme de croissance des poussières dans un plasma radiofréquence capacitif en mélange argon/acétylène. Dans certaines conditions, il a été observé que des ondes de densité de poussières apparaissaient spontanément au sein des nuages de poussières. Elles peuvent grandement favoriser l'agglomération des particules grâce à l'importante énergie cinétique qu'elles leur transfèrent. Pour réaliser cette étude, différents outils diagnostics ont été développés. Pour sonder les populations de poussières nanométriques, un premier diagnostic basé sur des mesures d'extinction dans le domaine visible associé à une méthode inverse a été mis au point. Un second diagnostic permettant l'étude des populations d'agglomérats supra-microniques a été utilisé. Il est basé sur l'utilisation de l'imagerie rapide et l'analyse automatique des films à l'aide d'un algorithme adapté (TRACE). Enfin, une méthode d'extraction des poussières en vue d'analyses ex-situ et utilisant la force de thermophorèse a été développée.Ces diagnostics ont ensuite été appliqués à l'étude des ondes de poussières et des processus d'agglomération. Nous avons montré que des agglomérats de plusieurs centaines de microns pouvaient être formés en quelques dizaines de secondes. L'influence des conditions expérimentales sur les caractéristiques des ondes et des agglomérats formés a également été étudiée

The Callovo-Oxfordian claystones properties make them reliable as a geological barrier for the confinement of radioactive wastes. In order to optimally predict their behavior, how they respond to various short and long terms loadings has to be studied. Particularly during the exploitation phase, air is continuously ventilated throughout the galleries. The climatic properties of this air are not balanced with those of the rock, and may perturb its hydromechanical (HM) attributes. Thus, assessing the HM response of the rock under hydric loading seems to be a priority.This dissertation begins with laboratory tests to propose an appropriate physical model. Drying tests were studied as they focus on the HM response of samples undergoing hydric loadings. A first 2D isotropic model is proposed, and then enhanced to 3D by considering a transversely isotropic Young modulus. Secondly, experimental results provide relevant data to estimate poroelastic and transport parameters involved in the model. Estimation is achieved according to an inverse procedure, which minimizes the error between measurements and model predictions. Finally, a real-size test is simulated using 2D models: an isotropic plastic one and a transversely isotropic elastic one.Model predictions reproduce well the laboratory tests data. When simulating the in situ behavior, a rather good agreement is obtained between the numerical and experimental results (although using the parameters estimated at the laboratory scale). However, the model highlights a limited influence of plasticity in the laboratory tests, while dissipative phenomena obviously occur in situ. 3D laboratory simulations do not improve the precision of 2D results, but reproduce more experimental data (mass variations, axial and lateral strains). Moreover, the inversion process is more efficient when ran over various kinds of data. Furthermore, stability of the algorithm is improved when adopting a two-phase convergence (simplex, followed by a gradient-like method). Numerical estimates of the parameters are in agreement with the direct experimental measurements obtained through other tests., Les propriétés des argilites du Callovo-Oxfordien les désignent comme une barrière naturelle sûre pour le stockage de déchets radioactifs. Afin d'optimiser la prédiction de leur comportement, leur réponse à diverses sollicitations à court et long termes est étudiée. Notamment, lors de la phase d'exploitation, l'air ventilé dans les galeries n'est pas à l'équilibre hydrique avec la roche et peut perturber ses propriétés hydromécaniques (HM). Il semble alors essentiel de caractériser la réponse HM de la roche à des sollicitations hydriques.La démarche adoptée consiste à proposer un modèle physique adéquat, sur la base d'essais au laboratoire. L'essai de séchage est retenu puisqu'il permet d'étudier la réponse des échantillons en conditions non-saturées. A partir des résultats HM, un modèle élastique 2D isotrope est proposé, puis est élevé à la 3D avec un module de Young isotrope transverse. Ensuite, les données expérimentales servent à estimer certains paramètres poroélastiques et de transfert du modèle. Cette étape est accomplie par procédure inverse (minimisation de l'erreur mesures-calculs). Enfin, une modélisation 2D du comportement in situ est proposée, et compare les prédictions de modèles plastique isotrope et élastique isotrope transverse.Les simulations d'essais au laboratoire reproduisent assez bien les données expérimentales. Pour la modélisation in situ, une bonne corrélation est obtenue entre les prédictions et les mesures, et ce sans ajustement préalable des paramètres. Toutefois, le modèle souligne une influence limitée de la plasticité à l'échelle du laboratoire, alors que les phénomènes dissipatifs sont marqués in situ. Les modélisations 3D au laboratoire ne donnent pas de résultats plus fins qu'en 2D, mais reproduisent plus de données expérimentales (variations de masse, déformations axiales et latérales). De plus, injecter plusieurs types de données dans la formulation inverse permet d'améliorer la précision de l'algorithme. Par ailleurs, une meilleure stabilité de l'algorithme est obtenue en adoptant une convergence en deux étapes (simplex, puis méthode de type gradient). Les estimations numériques des paramètres corroborent les mesures expérimentales obtenues par ailleurs.

The issue of preserving energy raises a number of challenges to science, particularly its efficiency. The conception and characterization of new more efficient thermal insulating materials prove fundamental in this regard. Aerogels appear as serious candidates in this area, their manufacturing process provides extreme characteristics such as high porosity and low density for some of them. Thermal characterization of such materials is tricky, their low sensitivity to heat flux makes well-known methods difficult to implement. Through the study of low molecular weight aerogel samples designed by the LCPM a characterization method suitable to these samples has been developed by the LEMTA. This three-layers method offers the advantages of being robust and to overcome the knowledge of parameters that are difficult to reach in such cases. Describing and validating this method is the main object of this work. In addition, thermal conductivity measurements under vacuum have been processed which allowed a deeper understanding of the structure of aerogels. The results obtained this study open perspectives for the optimization of new solutions for thermal insulation, La problématique de la sauvegarde de l'énergie pose un certain nombre de défis à la science, en particulier celui de son efficacité. La conception et la caractérisation de nouveaux matériaux isolants thermiques plus performants se révèlent donc fondamentales dans cette perspective. Les aérogels se présentent comme de sérieux candidats dans ce domaine, leur procédé de fabrication confère à certains d'entre eux des caractéristiques extrêmes telles qu'une grande porosité et une faible masse volumique. La caractérisation thermique de tels matériaux est délicate, leur faible sensibilité aux flux thermiques qui les traversent rend les méthodes connues difficiles à mettre en oeuvre. A travers l'étude d'échantillons d'aérogels de faible poids moléculaire conçus au LCPM, une méthode de caractérisation adaptée a été développée. Cette méthode de type « tri-couche » offre les avantages d'être robuste et de s'affranchir de la connaissance de paramètres difficiles à atteindre dans de tels cas. La description et la validation de cette méthode sont l'objet principal de ce travail. Par ailleurs, les mesures de conductivité thermique sous vide ont été exploitées et ont permis une compréhension plus poussée de la structure de ces aérogels. Les résultats obtenus dans cette étude ouvrent donc des perspectives en vue de l'optimisation de nouvelles solutions pour l'isolation thermique.

The issue of preserving energy raises a number of challenges to science, particularly its efficiency. The conception and characterization of new more efficient thermal insulating materials prove fundamental in this regard. Aerogels appear as serious candidates in this area, their manufacturing process provides extreme characteristics such as high porosity and low density for some of them. Thermal characterization of such materials is tricky, their low sensitivity to heat flux makes well-known methods difficult to implement. Through the study of low molecular weight aerogel samples designed by the LCPM a characterization method suitable to these samples has been developed by the LEMTA. This three-layers method offers the advantages of being robust and to overcome the knowledge of parameters that are difficult to reach in such cases. Describing and validating this method is the main object of this work. In addition, thermal conductivity measurements under vacuum have been processed which allowed a deeper understanding of the structure of aerogels. The results obtained this study open perspectives for the optimization of new solutions for thermal insulation; La problématique de la sauvegarde de l'énergie pose un certain nombre de défis à la science, en particulier celui de son efficacité. La conception et la caractérisation de nouveaux matériaux isolants thermiques plus performants se révèlent donc fondamentales dans cette perspective. Les aérogels se présentent comme de sérieux candidats dans ce domaine, leur procédé de fabrication confère à certains d'entre eux des caractéristiques extrêmes telles qu'une grande porosité et une faible masse volumique. La caractérisation thermique de tels matériaux est délicate, leur faible sensibilité aux flux thermiques qui les traversent rend les méthodes connues difficiles à mettre en oeuvre. A travers l'étude d'échantillons d'aérogels de faible poids moléculaire conçus au LCPM, une méthode de caractérisation adaptée a été développée. Cette méthode de type « tri-couche » offre les avantages d'être robuste et de s'affranchir de la connaissance de paramètres difficiles à atteindre dans de tels cas. La description et la validation de cette méthode sont l'objet principal de ce travail. Par ailleurs, les mesures de conductivité thermique sous vide ont été exploitées et ont permis une compréhension plus poussée de la structure de ces aérogels. Les résultats obtenus dans cette étude ouvrent donc des perspectives en vue de l'optimisation de nouvelles solutions pour l'isolation thermique.

The main purpose of this thesis is to design a sensor for forest fire metrology. This sensor measures the radiative heat flux emitted by the flame because it is the only global accessible. The thin flame model associated provides useful information (volume heat flux, forward and backward fire front positions, flame length). This sensor has been designed to calibrate and validate a fire propagation model presented in chapter 1. Nevertheless, the calibration process requires the minimization of the gap between the measured and the computed heat flux, so fire front positions are involved which leads to add a lot of parameters to the objective function. My work was to solve this problem by incorporating optical measurements. Optical data obtained through a visual camera allow to extract fire front positions. The sensor developed in this work is unique and is the unit of a sensor network for forest fire metrology., L'objectif de cette thèse a été de mettre au point un capteur dédié à la métrologie des feux de forêts. Ce capteur mesure le flux thermique émit par la flamme car c'est le seul paramètre global mesurable. Le modèle de flamme mince qui lui est associé permet d'obtenir une information riche (flux volumique, positions avant ou arrière du front de flamme, longueur de flamme). Ce capteur a été prévu pour servir comme un outil de calibration et de validation du modèle de propagation présenté au chapitre 1. Cependant la calibration requiert la minimisation de l'écart entre le flux thermique mesuré et calculé, elle fait donc intervenir la position du front de flamme, ce qui ajoute beaucoup de paramètres à la fonction objectif. Mon travail dans cette thèse a été de remédier à ce problème en ajoutant au système de mesure une partie optique. Les données optiques obtenues à l'aide d'une caméra visuelle ont permis d'extraire le contour au sol de la flamme et d'en déduire sa position. Le système développé dans ce travail est unique et représente l'unité d'un réseau de capteurs pour la métrologie des feux de végétation, ou des feux à grande échelle.