Search

In recent years, applications in domains such as telecommunications, network security or large scale sensor networks showed the limits of the traditional store-then-process paradigm. In this context, Stream Processing Engines emerged as a candidate solution for all these applications demanding for high processing capacity with low processing latency guarantees. With Stream Processing Engines, data streams are not persisted but rather processed on the fly, producing results continuously. Current Stream Processing Engines, either centralized or distributed, do not scale with the input load due to single-node bottlenecks. Moreover, they are based on static configurations that lead to either under or over-provisioning. This Ph.D. thesis discusses StreamCloud, an elastic paralleldistributed stream processing engine that enables for processing of large data stream volumes. Stream- Cloud minimizes the distribution and parallelization overhead introducing novel techniques that split queries into parallel subqueries and allocate them to independent sets of nodes. Moreover, Stream- Cloud elastic and dynamic load balancing protocols enable for effective adjustment of resources depending on the incoming load. Together with the parallelization and elasticity techniques, Stream- Cloud defines a novel fault tolerance protocol that introduces minimal overhead while providing fast recovery. StreamCloud has been fully implemented and evaluated using several real word applications such as fraud detection applications or network analysis applications. The evaluation, conducted using a cluster with more than 300 cores, demonstrates the large scalability, the elasticity and fault tolerance effectiveness of StreamCloud.; En los útimos años, aplicaciones en dominios tales como telecomunicaciones, seguridad de redes y redes de sensores de gran escala se han encontrado con múltiples limitaciones en el paradigma tradicional de bases de datos. En este contexto, los sistemas de procesamiento de flujos de datos han emergido como solución a estas aplicaciones que demandan una alta capacidad de procesamiento con una baja latencia. En los sistemas de procesamiento de flujos de datos, los datos no se persisten y luego se procesan, en su lugar los datos son procesados al vuelo en memoria produciendo resultados de forma continua. Los actuales sistemas de procesamiento de flujos de datos, tanto los centralizados, como los distribuidos, no escalan respecto a la carga de entrada del sistema debido a un cuello de botella producido por la concentración de flujos de datos completos en nodos individuales. Por otra parte, éstos están basados en configuraciones estáticas lo que conducen a un sobre o bajo aprovisionamiento. Esta tesis doctoral presenta StreamCloud, un sistema elástico paralelo-distribuido para el procesamiento de flujos de datos que es capaz de procesar grandes volúmenes de datos. StreamCloud minimiza el coste de distribución y paralelización por medio de una técnica novedosa la cual particiona las queries en subqueries paralelas repartiéndolas en subconjuntos de nodos independientes. Ademas, Stream- Cloud posee protocolos de elasticidad y equilibrado de carga que permiten una optimización de los recursos dependiendo de la carga del sistema. Unidos a los protocolos de paralelización y elasticidad, StreamCloud define un protocolo de tolerancia a fallos que introduce un coste mínimo mientras que proporciona una rápida recuperación. StreamCloud ha sido implementado y evaluado mediante varias aplicaciones del mundo real tales como aplicaciones de detección de fraude o aplicaciones de análisis del tráfico de red. La evaluación ha sido realizada en un cluster con más de 300 núcleos, demostrando la alta escalabilidad y la efectividad tanto de la elasticidad, como de la tolerancia a fallos de StreamCloud.; In recent years...

Dans le présent texte spéculatif, trois postulats sont posés dans le cadre de l'explicitation des processus de conception de projets d'architecture. Premièrement, la conscience du concepteur est modélisable à partir d'une posture émergentiste. Deuxièmement, tout processus mental de conception est modélisable comme un système dynamique. Troisièmement, tout image mentale du projet d'architecture est modélisable d'un point de vue, à la fois, perceptif, statique et dynamique. De ces trois postulats, dans tout processus de conception architecturale, lorsqu'une image mentale du projet d'architecture évolue d'un état à un autre, le concepteur utilise des opérations de conception (composition, construction et régulation) pour actualiser un modèle architectural dont le degré de persistance est variable. Par analogie, les trois concepts de rémanence, résistance et résilience n'apporteraient-ils pas un éclairage sur ces changements d'état du modèle architectural, en dialoguant avec le concept général d'équilibre ? La rémanence perceptive, la résistance statique et la résilience dynamique expriment les modalités de persistance du modèle mental du projet d'architecture, face aux opérations de composition, de construction et de régulation.

Nickel-base superalloys display cuboidal precipitates aligned along the cubic directions, which are the elastic soft directions. At high precipitate volume fraction, the microstructure is often described as a regular array of precipitates organized on a simple cubic macro-lattice. In the present work, we use a stability analysis and 3D phase field simulations to show that such a regular array is in fact unstable whatever the volume fraction of precipitates. The two main instability modes are the longitudinal [100] mode and the transverse [110] mode along the [ 1 1 ¯ 0 ] eigenvector. We argue that these instabilities lead to formation of configurational defects closely related to experimentally observed branches and herringbone patterns. The roles of elastic anisotropy and elastic homogeneity are also discussed.

Natural rubber (NR) is an elastocaloric (eC) material that displays a significant temperature variation under dynamic mechanical loading at high elongations (λ). Its high elastocaloric response and fatigue resistance make it an ideal candidate for the development of robust refrigeration systems. Two phenomena are responsible for its eC performance: orientation/disorientation of macromolecules and crystallization/melting, induced by loading/unloading. In order to better understand the parameters governing the eC response of NR, it was important to first study its crystallization kinetics under deformation (SIC) via thermal, mechanical, and WAXD in-situ measurements. The coupling of these techniques showed that the heat generated mainly by the crystallization delays its own kinetics. Then, in order to evaluate the impact of this SIC on the thermal and mechanical responses of NR under conditions close to those of an eC system, this material was subjected to two types of cyclic solicitations (rectangular/triangular) at 4≤λ≤6. The main difference between them is that under rectangular loading, crystallization occurs mainly after adiabatic elongation while in the triangular case, it occurs during deformation. For f≤0.01Hz, the mechanical hysteresis is three times higher under rectangular loading than under triangular one for the same amount of heat that can be exchanged (Qtotal), consequently the eC efficiency of the material is significantly reduced. For 0.01Hz≤f≤0.5Hz, this heat is certainly lowered under triangular conditions, however, this type of loading is still more advantageous due to its low mechanical losses. Finally, a comparison of the eC performance (Qtotal and coefficient of performance COP) of different polyisoprene samples under triangular deformation shows that synthetic rubber and non-crosslinked NR are less efficient from an eC point of view. The former because its Qtotal is very low and the latter because of its large plastic deformation. The sulfur-crosslinked NR sample, whose active chain density is close to 1.5x10-4mol/cm3, shows the highest eC effect (Qtotal≈11MJ/m3 and COP≈30)., Le caoutchouc naturel (NR) est un matériau élastocalorique (eC) dont la température peut varier significativement sous l’effet d’une sollicitation mécanique dynamique à des élongations (λ) élevées. Son potentiel élastocalorique important et sa résistance à la fatigue en font un candidat idéal pour développer des systèmes de réfrigération solide. Deux phénomènes sont à l'origine de ses performances eC: l’orientation/désorientation des macromolécules et la cristallisation/fusion, induites par l’élongation/rétraction du matériau. Pour mieux comprendre les paramètres qui régissent cette réponse eC du NR, il était primordial d'étudier d’abord sa cinétique de cristallisation sous déformation (SIC) via des mesures thermiques, mécaniques et par WAXD in-situ. Le couplage de ces techniques a montré que la chaleur générée majoritairement par la cristallisation retarde sa propre cinétique. Ensuite, afin d’évaluer l’impact de cette SIC sur les réponses thermiques et mécaniques du NR dans des conditions proches de celles du fonctionnement d’un système eC, ce matériau a subi deux types de sollicitations cycliques (créneaux/triangulaires) à 4≤λ≤6. La principale différence entre ces dernières est qu’en créneau, la cristallisation a lieu majoritairement après la charge adiabatique tandis qu’en triangulaire, elle se fait pendant la déformation. Pour f≤0.01Hz, cette différence de comportement implique l’apparition d’une hystérèse mécanique trois fois plus importante en créneau qu’en triangulaire pour une même quantité de chaleur pouvant être échangée (Qtotale), réduisant ainsi l’efficacité eC du matériau. Pour 0.01Hz≤f≤0.5Hz, cette chaleur est certes plus faible en triangulaire, cependant, cette sollicitation reste plus avantageuse d’un point de vue énergétique grâce à ses faibles pertes mécaniques. Enfin, une comparaison des performances eC (Qtotale et coefficient de performance COP) de différents échantillons de polyisoprène sous déformation triangulaire montre que le NR non-réticulé et le Caoutchouc Synthétique sont moins performants d’un point de vue eC. Le premier, à cause de sa grande déformation rémanente et le deuxième, car son Qtotale est très faible. L’échantillon NR réticulé au soufre avec une densité de chaînes actives proche de 1.5x10-4mol/cm3 présente quant à lui l’effet eC le plus important (Qtotale≈11MJ/m3 et COP≈30).

Self organization is crucial for the wealth of living systems, both at the molecular and cellular level. To correctly achieve their role, a tight control over the shape and structure of the protein, for instance, is required. Any mistake can lead to various diseases like Alzheimer, where proteins aggregate into fibrous structures. On a larger scale, cells need to probe the mechanical response of their environment -the extra cellular matrix- and to adapt their own rigidity to collectively orientate. In this thesis, we are looking at two different models. In the first part, we study protein aggregation beyond the microscopical details. By considering elastic assembling particles, we are able to derive generic laws and understand the persistent formation of fibers. In the second part, we model the dynamical response of a fashionable class of hydrogels for their biocompatibility. Material engineers are now able to synthesize materials with more and more subtle behavior, although understanding certain emergent properties -such as non-exponential relaxation- can be a major challenge. We design a simple model for the dynamical response of hydrogels connected by large multivalent crosslinkers. We are able to account for experimental results, and rationalize their origin., Les systèmes biologiques sont entièrement auto-assemblés, à la fois à l’échelle moléculaire et cellulaire. Pour réussir la forme et la structure de chaque protéine par exemple, doit être précisément contrôlée. La moindre erreur conduit à des maladies telles qu’Alzheimer où des protéines s’agrègent entre elles pour former des structures fibreuses. À une échelle plus large les cellules ont besoin de sonder la réponse mécanique de leur environnement -la matrice extra cellulaire- et d’adapter leur propre rigidité pour être capable de s’orienter collectivement. Dans cette thèse nous étudions deux modèles différents. Dans la première partie, nous étudions l’agrégation de protéines au-delà des détails microscopiques. En considérant l’assemblage de particules élastiques, nous sommes capables de comprendre la formation générique de structures fibreuses. Dans la seconde partie, nous modélisons la réponse dynamique d’une catégorie d’hydrogel qui suscite beaucoup d’intérêt en raison de leur compatibilité biologique. Les ingénieurs en matériaux sont aujourd’hui capables de synthétiser des matériaux aux propriétés surprenantes, néanmoins comprendre l’origine de ces propriétés émergentes peut s’avérer compliqué. Nous modélisons la réponse dynamique des hydrogels connectés par de gros agents réticulants multivalent. Ceci nous permet de reproduire les résultats expérimentaux et d’en comprendre l’origine.

In this manuscript, we study flows in the vicinity of soft interfaces through various systems. In a first part, we focus on elastohydrodynamic lubrication, and analyze the confined motion of a rigid sphere moving close to a soft surface. The hydrodynamic interactions between an oscillating sphere and the deformation of the surface allow us to characterize without contact the complex mechanical response of materials, such as viscoelasticity, poroelasticity or capillarity. Theoretical results are confronted with colloidal-probe atomic force microscopy experiments, allowing us to measure the rheology of elastomers and the surface tension of liquid-air interfaces in the presence of impurities. Then, we calculate the forces and torques that apply on spheres that are free to move and rotate in all directions. The elastohydrodynamic lift force, measured experimentally, is in agreement with theoretical predictions for small surface deformations. In a second part, we focus on the dynamics of thin films. Through theoretical and experimental work on the capillary leveling of thin polymer films, we analyze the dynamics of films resting on an elastic substrate, bilayer films and freestanding films. A last part is dedicated to the diffusion of spheres in shear flows and near a wall. We analyze the enhancement of the effective diffusion coefficient induced by the coupling between diffusion and advection. Particular interest is given to the dynamics at short times compared with the diffusion time and to the interactions of the particles with the wall., Dans ce manuscrit, nous étudions des écoulements au voisinage d’interfaces molles au travers de systèmes divers. Dans une première partie, nous nous intéressons à la lubrification élastohydrodynamique, et analysons le mouvement confiné d’une sphère rigide se déplaçant à proximité d’une surface déformable. Les interactions hydrodynamiques entre une sphère oscillante et la déformation de la surface permettent de caractériser sans contact la réponse mécanique complexe des matériaux, comme la viscoélastiticité, la poroélasticité ou la capillarité. Les résultats théoriques sont confrontés à des expériences de microscopie à force atomique avec une sonde colloïdale, permettant de mesurer la rhéologie d’élastomères et la tension de surface d’interfaces liquide-air en présence d’impuretés. Ensuite, nous calculons les forces et couples qui s’appliquent sur des sphères ayant la liberté de se déplacer et de tourner dans toutes les directions. La force de portance élastohydrodynamique, mesurée expérimentalement, est en accord avec les prédictions théoriques pour des faibles déformations de la surface. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la dynamique de films visqueux mince. Au travers de travaux théoriques et expérimentaux sur le nivellement capillaire de films de polymères, nous analysons la dynamique de films reposant sur un substrat élastique, de films bicouches et de films suspendus. Une dernière partie est dédiée à la diffusion de sphères dans des écoulements cisaillés et au voisinage d’une paroi. Nous analysons l’augmentation du coefficient de diffusion effectif induit par le couplage entre diffusion et advection. Un intérêt particulier est porté sur la dynamique aux temps courts devant le temps de diffusion et sur les interactions des particules avec le mur.

This thesis work is devoted to the visualization and study by optical microscopy of long-range behaviours and spatiotemporal effects during thermo- and photo-induced phase transitions in spin crossover single crystals. The study of different single crystals of the compounds [Fe(2-pytrz)₂Pd(CN)₄]·3H₂O et [Fe(2-pytrz)₂Pt(CN)₄]·3H₂O with various geometric forms during their thermo-induced spin transition demonstrate the strong correlation between the high spin (HS) / low spin (LS) interface shape and macroscopic single crystals shapes. All single crystals exhibited an incomplete 1st order phase transition with an interface spreading over all crystals during the spin transition. We have been able to follow the real time dynamics of the spin transition between the HS and LS states and we could access the thermal hysteresis loop, interface's velocity and field velocity of each single crystal, as well. We found that the velocity of the interface is crystal shape-dependent, and accelerates nearby the crystal's borders. Interestingly, we observed that during the propagation process, the interface optimizes its shape so as to minimize the excess of elastic energy arising from the lattice parameter misfit between the LS and HS phases. All of these original experimental results are well reproduced using a spatiotemporal model based on the description of the spin-crossover problem as a reaction diffusion phenomenon. More than exploring the thermo-induced behaviours, we studied by optical microscopy the long-range character of the interactions acting in different single crystals through an analysis of the optical density variation during the spin transition between HS and LS states. Thus, the time evolution of the local optical density, measured in all single crystals, revealed the existence of precursor phenomena, which manifest themselves through the appearance of significant changes in the signal of the optical density of the probed area well before the arrival of the front interface in the case of HS to LS transition (cooling) and after the passage of the interface in the case of LS to HS (heating) transition. These two effects are attributed to the manifestation of long-range elastic interactions that develop during the propagation of the HS/LS interface, which is accompanied by a volume change, generating elastic stresses in the material that deploy far from the sources. Interestingly, the experimental investigations indicate that the precursor and the after effect phenomena occur mostly in the HS phase, a behaviour that we explained as due to the softer character of the HS phase compared to that of LS. These original experimental results are well reproduced by an electro-elastic theoretical description model in which we considered, the existence of different mechanical rigidities between the HS and LS phases. The photo-magnetic experiments on the compound [Fe(2-pytrz)₂{Pd(CN)₄}]·3H₂O, showed the existence of a fully LS hidden state at low temperature which is accessible only by photo-excitation and also probably by pressure. This state is the stable state of the system which generate a hidden hysteresis loop. We have studied by means of optical microscopy the photo-excitation at very low temperature on a single crystal of this compound allowing to follow in real time, the reverse-LIESST effect its thermal relaxation as well as the photo-instability induced by reverse-LITH. These experiments demonstrated the stability of the fundamental LS-LS state of the crystal, whose transformation on heating to the intermediate HS-LS state, exhibited clear evidence of domains propagation with well identified interfaces. These spin domains, leading to observe the coexistence of the two competing, are the signature of the occurrence of a 1st order phase transition at equilibrium. This experimental observation is also confirmed by a theoretical analysis based on an electro-elastic model, solved in its homogeneous version., Ce travail de thèse est dédié à la visualisation par microscopie optique des comportements à longue portée et des effets spatiotemporels émergeant au cours des transitions de phases thermo- et photo-induites dans les monocristaux à transition de spin. L’étude de différents monocristaux des composés [Fe(2-pytrz)₂Pd(CN)₄]·3H₂O et [Fe(2-pytrz)₂Pt(CN)₄]·3H₂O avec différentes formes géométriques pendant leur transition de spin thermo-induite a permis de démontrer la forte corrélation existant entre la forme du monocristal et celle de son interface haut spin (HS) / bas spin (BS). En effet, ces monocristaux qui effectuent une transition de spin incomplète et du 1er ordre avec un cycle d'hystérésis ont montré l’existence d’un régime de nucléation propagation avec un front d’interface bien défini dans tous les monocristaux lors de leur transformation de phase. Nous avons pu suivre la dynamique en temps réel de cette transition entre les deux états de spin HS et BS, et accéder au cycle d'hystérésis thermique à la vitesse de propagation de l'interface et au champ de vitesse. Nous avons observé que pendant le processus de propagation, l'interface optimise sa forme afin de minimiser l'excès d'énergie élastique résultant de la différence de volume entre les états HS et BS. Nous avons également mis en évidence que la vitesse de l'interface dépend à la fois de la forme de l’interface et du monocristal. Tous ces résultats ont été discutés du point de vue théorique, en décrivant la dynamique de propagation de l'interface par un modèle de de réaction diffusion, mettant ainsi en valeur le caractère non-linéaire du phénomène de propagation. Au-delà de l’exploration des propriétés thermo-induite, nous avons étudié par microscopie optique les effets à longue portée au cours de la transition de spin sur un ensemble de monocristaux provenant de différents composés. Tous ces composés effectuent une transition de phase du 1er ordre accompagnée d'une hystérésis thermique. L'évolution temporelle de la densité optique locale, mesurée dans tous les monocristaux, a révélée l'existence de phénomènes précurseurs, qui se manifestent par l'apparition de changements significatifs du signal de la densité optique de la zone sondée bien avant l'arrivée du front de transformation (interface) dans le cas de la transition de HS vers BS et après le passage de l'interface dans le cas de la transition de BS vers HS. Ces deux effets sont attribués aux interactions élastiques à longue portée qui se déploient lors de la propagation de l'interface HS/BS, et qui sont accompagnées par des contraintes mécaniques résultant du changement de volume du cristal. Dans tous les monocristaux, cette variation n’est observée que dans la phase HS, ce que nous expliquons par son caractère beaucoup moins rigide que celui de la phase BS. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par un modèle électroélastique dans lequel, nous avons tenu compte de la différence de rigidités mécaniques des phases HS et BS. Les études photomagnétiques effectuées sur le composé [Fe(2-pytrz)₂{Pd(CN)₄}]·3H₂O, ont montré l’existence d’un état caché à basse température totalement BS qui n’est accessible que par photo-excitation. Cet état est l’état stable du système et donne lieu à un cycle d’hystérésis caché. Nous avons ainsi mené des études sous lumière à très basse température sur un monocristal de ce composé permettant de suivre en temps réel la dynamique de transformation au cours d’une transformation de type LIESST-inverse ou LITH-inverse. Ces expériences ont permis de démontrer le caractère stable de cet état, noté BS-BS, du cristal en observant des domaines de propagation lors de sa transition vers l’état intermédiaire HS-BS. Ces domaines de spins sont la signature manifeste d’une transition du 1er ordre mettant en jeu la coexistence des deux états. Cette observation expérimentale est confirmée par une analyse théorique basée sur un modèle électro-élastique, résolu dans sa version homogène.

A rope laid on the ground with one end subjected to time-dependent forcing is proposed as a prototypical elastic dynamical contact problem, which we study analytically, numerically, and experimentally. The dynamics is governed by an infinite set of linear and nonlinear resonances. In the limit of weak bending stiffness, the fundamental frequency is found to be independent of the rope tension. A transition between a radiation-less and a wave radiating state occurs via a series of grazing bifurcations, whereby new contacts between the rope and the ground are formed. The grazing bifurcations form overlapping Arnold tongues in the frequency-amplitude parameter space. Finally, for ropes with large bending stiffness and when the geometric nonlinearity is important, bistability is observed between several wave-making regimes.

Flowers provide the energy resources of bees. In a competitive world, we can hypothesize that flowers attract bees by producing very sweet nectar since it offers the greatest energetic rewards. However, the nectar sugar concentration rarely exceed 60%, and in vivo measurements show that bees capture nectar less efficiently beyond that limit. Here, we explain the physiological origin of this limit based on an elastoviscous mechanism. Most of bees collect the nectar with tongues covered by elongated papillae that open when immersed in a fluid, the opening dynamics determining the amount of nectar collected per lap. At very large sugar concentrations, we found that viscous forces impede the full opening of papillae, reducing the amount of nectar collected., info:eu-repo/semantics/published

National audience; Dans cet exposé, je présenterai des modèles numériques développés pour des applications decontrôle non-destructif dans le génie civil. Les problèmes étudiés portent sur la dynamique hautesfréquences de structures élancées (guides d’ondes, structures courbes), enfouies dans une matriceélastique infinie. Ces problèmes sont coûteux à résoudre numériquement, en raison d’une part ducaractère allongé des structures. D’autre part à cause du milieu environnant : le problème est non-borné.L’approche retenue combine approche semi-analytique, éléments finis et coucheparfaitement adaptée (PML).Je détaillerai particulièrement un modèle de sphère élastique enfouie. Le comportement angulairede la solution est décrit analytiquement en ayant recours aux propriétés d’orthogonalité vectorielleet tensorielle des harmoniques sphériques. La direction radiale est bornée par une PML, et lasolution radiale est approximée par éléments finis. Cette approche permet d’aboutir à un systèmeaux valeurs propres linéaire et de petite taille. Pour des fréquences élevées, des modes à facteur dequalité élevé (analogues aux modes de galerie optique) sont identifiés. Par ailleurs, dessuperpositions modales sont utilisées pour reconstituer la propagation d’une onde de Rayleigh ensurface de la sphère. L’existence de modes de galerie et de l’onde de Rayleigh permet d’envisager laconception de capteurs noyés, capables de mesurer des propriétés mécaniques de la matriceenvironnant la sphère.Je présenterai ensuite un modèle semi-analytique de guide d’onde élastique enfoui et endommagé.Des sources et des défauts peuvent être modélisés via des superpositions modales. Cependant, lanature de la base modale est compliquée en raison du caractère non-borné du problème. Cet aspectest discuté du point de vue mathématique (théorème des résidus, analyse complexe) et numérique(étude de convergence, troncature modale). J’utilise ensuite ce modèle de guide d’onde poursimuler l’identification de défauts par imagerie topologique. L’image des défauts est obtenue grâceà une fonction d’imagerie (gradient topologique), calculée à partir des champs direct et adjoint. Lechamp direct correspond au champ qui se propage dans le guide en l’absence de défaut. Le champadjoint correspond à la rétropropagation du champ mesuré dans le même guide. Les champs directet adjoint sont ainsi solution d’un problème de réponse forcée. Le champ mesuré est simulé enincluant un modèle de diffraction. A partir de résultats préliminaires, je discuterai de l’influence dunombre de modes et des configurations de mesure sur la qualité de l’image obtenue.En conclusion, j’évoquerai la versatilité des approches semi-analytiques, applicables à denombreuses géométries (plaques, cylindres, câbles, structures périodiques, de longueur finie…). Jereviendrai également sur l’intérêt de développer des méthodes opérationnelles d’imagerie pour cetype de structures.

Of interest in this paper is a modeling framework when constitutive relations are given in incremental form. This is particularly true for aging concretes due to hydration. Furthermore, having in mind applications to 3D concrete printing, geometrical nonlinearities must be accounted for due to the soft nature of the fresh material. The kinematics must then be adapted adequately for a theoretically sound formulation. For this, the multiplicative split is chosen here for the deformation gradient into its known part at an earlier time and the relative deformation gradient. From the geometric point of view, this gives rise to an intermediate configuration on which incremental constitutive relations can be ideally defined prior to be transported back to the reference configuration for a Lagrangian formulation. Model examples are given for the purpose of demonstration and a set of simulations illustrate the effectiveness of the proposed framework.

Seismic metamaterials have been the subject of much recent interest, with notable conceptual advances and the demonstration of possible full-scale effectiveness in earthquake protection. Here, through a fine analysis of the dispersion properties and behavior of resonators introduced in a laboratory scale setup, we propose a strategy for the design of an efficient metaseismic barrier. When positioned onto an unconsolidated granular layer, rigid masses of nontrivial shape become elastic resonators by coupling with the relatively soft propagation medium. Additionally, they affect the mechanical boundary conditions and subsurface medium properties through the added weight. We demonstrate that all these ingredients can be rationally combined to improve the shielding effect and control the seismic waves.

The interpretation of micromanipulation experiments of biological macromolecules has only been possible thanks to the development of polymer science. Indeed, the theories developed in polymer physics are the tool of theorists to interpret the increasingly precise and complex experiments. Biological macromolecules are in general more complex than classical polymers with flexible chains, because their basic units, their "monomers" are very often macromolecules themselves. The most appropriate model for biopolymers is the worm-like chain model that imparts bending rigidity to biological filaments. Because of its simplicity and usefulness in interpreting micromanipulation experiments of single biological macromolecules, this model has become the basic model for any theoretical approach to the biophysics of biofilaments. The confotronic model of microtubules leads to the fundamental phenomenon of spontaneous symmetry breaking that explains how a microtubule, a hollow cylinder, can, under certain circumstances, form a micron-sized superhelix. This requires a general physical principle for the mechanism of spontaneous breaking of these biofilaments. In this thesis, we assume that biofilaments, being always immersed in a fluid medium, can experience surface stresses that create a mismatch between the elastic properties of the surface layer and the core. Such a mismatch leads a filament into a frustrated elastic state. The filament can reduce this frustration and minimize its elastic energy by adopting a bent conformation in a spontaneous symmetry breaking process induced by a new type of self-bending elastic instability.My work, presented in this thesis, has attempted to explore this new elastic instability in different biofilament models in both linear and nonlinear elasticity regimes. The basic elements of linear elasticity and the physics of individual chains or bundles are presented in Chapter 2. Chapter 3 is devoted to the general theory of buckling, the basic idea of this thesis being related to self-buckling. Chapter 4 presents the physical and biological properties of cytoskeleton biofilaments and some key experiments that support our theoretical work. In Chapter 5, I have tried to review the general notions of ground state and symmetry breaking in order to place them in the context of biophysics. This chapter also introduces the basic ideas behind confotronics theory. This chapter can provide a new and broader perspective on biofilament physics. The last three chapters, 6 to 8, present my work on elastic instability and spontaneous symmetry breaking induced by surface stresses. This area of research was completely unknown to me when I started this project, so I decided to write a story that tells all the topics I learned on the way to the results presented here. As a teacher, I tried to write a very educational thesis with all the necessary concepts introduced at the beginning of each chapter. I hope that in this way the thesis can be read by beginners in this field, as I was when I started., L'interprétation des expériences de micromanipulation de macromolécules biologiques n'a été possible que grâce au développement de la science des polymères. En effet, les théories développées en physique des polymères sont l'outil des théoriciens pour interpréter les expériences de plus en plus précises et complexes. Les macromolécules biologiques sont en général plus complexes que les polymères classiques à chaînes flexibles, car leurs motifs de base, leurs "monomères" sont très souvent eux-mêmes des macromolécules. Le modèle le plus approprié pour les biopolymères est celui de la worm-like chaine qui confère une rigidité de courbure aux filaments biologiques. En raison de sa simplicité et de son utilité dans l'interprétation des expériences de micromanipulation de macromolécules biologiques uniques, ce modèle est devenu le modèle de base de toute approche théorique de la biophysique des biofilaments. Le modèle confotronique des microtubules conduit au phénomène fondamental de rupture spontanée de symétrie qui explique comment un microtubule, un cylindre creux, peut, dans certaines circonstances, former une superhélice de la taille d'un micron. Cela nécessite un principe physique général pour le mécanisme de rupture spontanée de ces biofilaments. Dans cette thèse, nous supposons que les biofilaments, étant toujours immergés dans un milieu fluide, peuvent subir des contraintes de surface qui créent un décalage entre les propriétés élastiques de la couche de surface et du noyau. Un tel décalage conduit un filament dans un état élastique frustré. Le filament peut réduire cette frustration et minimiser son énergie élastique en adoptant une conformation courbée dans un processus de rupture de symétrie spontanée induit par un nouveau type d'instabilité élastique auto-fléchissante. Mon travail, présenté dans cette thèse, a tenté d'explorer cette nouvelle instabilité élastique dans différents modèles de biofilaments dans les deux régimes d'élasticité, linéaire et non linéaire. Les éléments de base de l'élasticité linéaire et la physique des chaînes individuelles ou en faisceaux sont présentés dans le chapitre 2. Le chapitre 3 est consacré à la théorie générale du flambage, l'idée de base de cette thèse étant liée à l'auto-flambage. Le chapitre 4 présente les propriétés physiques et biologiques des biofilaments du cytosquelette et quelques expériences clés qui soutiennent notre travail théorique. Dans le chapitre 5, j'ai essayé de revoir les notions générales d'état fondamental et de rupture de symétrie afin de les placer dans le contexte de la biophysique. Ce chapitre présente également les idées de base qui sous-tendent la théorie de la confotronique. Ce chapitre peut donner une perspective nouvelle et plus large sur la physique des biofilaments. Les trois derniers chapitres, 6 à 8, présentent mes travaux sur l'instabilité élastique et la rupture spontanée de symétrie induite par des contraintes de surface. Ce domaine de recherche m'était totalement inconnu lorsque j'ai commencé ce projet, j'ai donc décidé d'écrire une histoire qui raconte tous les sujets que j'ai appris sur la route menant aux résultats présentés ici. En tant qu'enseignant, j'ai essayé d'écrire une thèse très pédagogique avec tous les concepts nécessaires introduits au début de chaque chapitre. J'espère que, de cette manière, la thèse pourra être lue par les débutants dans ce domaine, comme je l'étais lorsque j'ai commencé.

In order to model the behavior of geometarials under complex loadings, several researches have done numerous experimental works and established relative constitutive models for decades. An important feature of granular materials is that the relationship between stress and strain especially in elastic domain is not linear, unlike the responses of typical metal or rubber. It has been also found that the stress-strain response of granular materials shows the characteristics of cross-anisotropy, as well as the non-linearities. Besides, the stress-induced anisotropy occurs expectedly during the process of disturbance on soils, for example, the loads or displacements. In this work, a new model which is a combination of Houlsby hyperelastic model and elastoplastic Plasol model was proposed. This new model took into account the non-linear response of stress and strain in both elastic and plastic domain, and the anisotropic elasticity was also well considered. Moreover, the overflow problem of plastic strain in plastic part was calibrated by a proper integration algorithm. Later, new model was verified by using numerical method and compared with laboratory experiments in axisymmetric triaxial conditions. The comparison results showed a good simulation effect of new model which just used one single set of parameters for a specific soil in different confining pressure situations. Then the analysis of new model internal variable, i.e., pressure exponent, illustrated that the value of pressure exponent which corresponds to the degree of anisotropy had an obvious effect on the stress-strain response. Moreover, this kind of effect is also affected by the density and drainage condition of samples. Basing on new model, a safety factor which refers to the second-order work criterion was adopted and tested in axisymmetric model and actual slope model. It showed that the negative value or dramatic decreasing of global normalized second-order work occurs accompanying with a local or global failure with a burst of kinetic energy. This feature of second-order work can also be affected by the variable pressure exponent. At last, new model was also compared with an elastoplastic model which considers both anisotropic elastic and anisotropic dilatancy, i.e., modified SANISAND model. Both advantages and disadvantages were illustrated in the comparison results., Afin de modéliser le comportement des géométariaux sous des charges complexes, plusieurs études et travaux expérimentaux ont été réalisées afin d’établir des modèles constitutifs relatifs. Une caractéristique importante des matériaux granulaires est que la relation entre la contrainte et la déformation et ce même dans le domaine élastique n’est pas linéaire, contrairement aux réponses du métal. Il a également été constaté que la réponse contrainte-déformation des matériaux granulaires montre les caractéristiques de l’anisotropie induite, ainsi que les non-linéarités. En outre, l’anisotropie induite par la contrainte se produit pendant le processus de chargement sur les sols, par exemple, les charges ou les déplacements. Dans ce travail, un nouveau modèle qui est une combinaison de modèle hyperélastique Houlsby et modèle élastoplastique Plasol a été proposé. Ce nouveau modèle a pris en compte la réponse non linéaire de la contrainte dans le domaine élastique et plastique, et l’élasticité anisotrope a également été bien considérée. En outre, les problèmes de l’écoulement de la déformation plastique a été calibré par un algorithme d’intégration approprié. Plus tard, le nouveau modèle a été vérifié en utilisant la méthode numérique et comparé aux expériences de laboratoire dans des conditions triaxiales axisymmétriques. Les résultats de comparaison ont montré un bon effet de simulation du nouveau modèle qui a juste utilisé un seul ensemble de paramètres pour un sol spécifique dans différentes situations de contraintes. Ensuite, l’analyse de la nouvelle variable interne du modèle, c’est-à-dire l’exposant de pression, a montré que la valeur de l’exposant de pression qui correspond au degré d’anisotropie a eu un effet évident sur la réponse contrainte-déformation. De plus, ce type d’effet est également affecté par la densité et l’état de drainage des échantillons. En s’appuyant sur un nouveau modèle, un facteur de sécurité qui fait référence au critère de travail de deuxième ordre a été adopté et testé dans un modèle axisymétrique et un modèle de pente réel. Il a montré que la valeur négative ou la diminution spectaculaire du travail global normalisé de second ordre se produit lors d’une défaillance locale ou globale avec apparition d’énergie cinétique. Cette caractéristique du travail du second ordre peut également être affectée par l’exposant à pression variable. Enfin, un nouveau modèle a également été comparé à un modèle élastoplastique qui considère à la fois l’anisotropie élastique et la dilatation anisotrope, c’est-à-dire le modèle SANISAND modifié. Les avantages et les inconvénients ont été illustrés dans les résultats de comparaison.

An object is said to be slender if at least one of its dimensions is small compared to the others. This characteristic makes it possible to impose important deformations on it while remaining in the elastic domain. If we assemble several of these objects, predicting the mechanical response of the assembly requires taking into account contact effects including friction and adhesion. In this thesis, we study two kind of assemblies. The first one is ensemble of plates and the second one of beams. We study in the first part two booklets whose pages are inserted two by two, a type of assembly that has become popular for the impressive results it produces when made with phonebooks. We have characterized the origin of the force that keeps the two booklets interleaved. In the second part we study the compression of a bundle of fibers connected by their ends. We also discuss the link between these experiments and the physics of painting., On dit d'un objet qu'il est élancé si au moins l'une de ses dimensions est petite devant les autres. Cette caractéristique permet de lui imposer des déformations importantes en restant dans le domaine élastique. Si on assemble plusieurs de ces objets, prédire la réponse mécanique de l'ensemble nécessite de prendre en compte des effets de contact dont notamment le frottement et l'adhésion. Dans cette thèse, nous étudions deux assemblages de ces objets. Le premier est un assemblage de plaques et le deuxième de poutres. Nous examinons dans la première partie deux livrets dont les pages sont intercalées deux à deux, un type d'assemblage devenu populaire pour les résultats impressionnants qu'il produit quand il est réalisé avec des annuaires. Nous avons caractérisé l'origine de la force qui maintient les deux livrets entremêlés. Dans La deuxième partie nous étudions la compression d'un faisceau de fibres reliées par leur extrémité. Nous discutons aussi lien entre ces expériences et la physique de la peinture.

In this work, a methodology to determine the macroscopic elasticity constants of thin films was proposed. Different analytical models were developed to determine the macroscopic elasticity constants of multilayer coatings using the Impulse Excitation Technique (IET). The proposed methodology was used to determine the macroscopic elasticity constants of titanium and niobium multilayer coatings and titanium anisotropic thin films sputter-deposited at oblique incidence. An enhanced formulation to determine the elasticity constants of anisotropic thin film was developed. The elastic behavior of anisotropic thin films was investigated theoretically by different analytical models, and experimentally by several complementary techniques, namely X-ray diffraction, nanoindentation and IET. The elastic behavior of anisotropic films deposited at oblique incidence represents an aspect that is not well known in the literature. The anisotropy can be attributed to the crystallographic and morphological textures of the grains. The macroscopic elasticity constants of titanium anisotropic films were also determined using the Kröner-Eshelby micromechanical model. The porosity within the film, and the morphological and crystallographic textures of the Tiα phase were taken into account in the modeling for a proper analysis of the elastic behavior of the film.; L’objectif de ce travail est de développer une méthodologie qui permet de déterminer les constantes d’élasticité d’un dépôt à une échelle macroscopique. Différents modèles analytiques ont été développés pour déterminer les constantes d’élasticité d’un revêtement multicouches à l’aide de la Technique d’Excitation Impulsionnelle (TEI). La méthodologie que nous avions développée a permis de déterminer les constantes d’élasticité macroscopiques d’un revêtement multicouches de titane et niobium et des couches minces de titane déposées à incidence oblique par pulvérisation cathodique magnétron. Une formulation améliorée pour déterminer les constantes d'élasticité d’un revêtement anisotrope a été développée. Le comportement élastique des couches anisotropes a été étudié théoriquement par différents modèles analytiques et expérimentalement à l’aide de la diffraction des rayons X, la nanoindentation et la TEI. Le comportement élastique des couches anisotropes déposées à incidence oblique s’agit d’un aspect qui n’est pas bien connu dans la littérature. L'anisotropie peut être attribuée à la texture cristalline et la morphologie des grains. Les constantes d'élasticité macroscopiques des couches anisotropes de titane ont également été déterminées à l'aide du modèle micromécanique de Kröner-Eshelby. La porosité au sein de la couche, et les textures morphologiques et cristallographiques de la phase Tiα ont été prises en compte dans la modélisation pour une analyse exacte du comportement élastique de la couche.

International audience; L'estimation de l'élasticité des débits aux précipitations est présentée pour un ensemble d'unecinquantaine de bassins versants situés en Afrique sub-saharienne. L'élasticité des débits aux précipitations est définie ici comme le changement proportionnel de l'écoulement moyen annuel divisé par le changement proportionnel de la précipitation moyenne annuelle. Elle décrit donc la sensibilité des débits à des changements de précipitations et s'avère un outil utile pour évaluer de manière simple, mais non simpliste,l'impact du changement climatique dans des projets relatifs à l'utilisation des ressources en eau. L'élasticité des débits aux précipitations est évaluée ici de manière empirique grâce à des estimateurs non-paramétriques et des séries historiques de débit observé et de précipitation. Les résultats indiquent que l'élasticité des débits aux précipitations est de l'ordre de 1 à 3 sur les bassins versants étudiés. Les anomalies des précipitations sont donc amplifiées au niveau des écoulements avec un facteur de 1 à 3. L'élasticité des débits aux précipitations diminue lorsqu'augmentent l'écoulement moyen interannuel et le coefficient de ruissellement.En revanche, il ne semble pas exister de relation directe entre élasticité des débits et superficie de bassinversant. La cartographie des résultats ne révèle pas non plus de facteurs physiques pouvant expliquer lavariabilité des valeurs d'élasticité. De même le type de climat ne semble pas un facteur explicatif de premier ordre.

Origamis are three-dimensional structures obtained by folding a thin sheet following a pre-imprinted pattern of creases. The infinite number of imaginable pattern make the potential for innovation only limited by our understanding of their mechanical properties. This thesis aims to explain how, for a plastic sheet, these properties originate from the competition between the material elasticity and the kinetics conditions imposed on the system. To better understand this equilibrium, the thesis begins by focusing the study on the mechanical response of a single crease, the fundamental components of origamis. In the first chapter, its elastic deformations are captured by a theoretical model supported by simple load-deformation tests and simulations with finite element methods. Then, in the second chapter, the plastic and viscoelastic behavior are analyzed through both an extension of the elastic model and relaxation experiments under controlled strain. Finally, the third part of the thesis is structured around the mechanical study of two patterns of creases. The first one, named “Curved accordion”, showcases the unique shapes obtained by the complex relations between elasticity and geometry. The second pattern generates bistable cylindrical bellows in origami that we use as bases to create an elastic system with binary memory.; Les origamis sont des structures tridimensionnelles obtenues en pliant une feuille mince suivant un motif prédéfini de pliures. Le nombre infini de motifs imaginables rend le potentiel d'innovation uniquement limité par notre compréhension de leurs propriétés mécaniques. Cette thèse vise à expliquer comment, pour une feuille plastique, ces propriétés proviennent de la compétition entre l'élasticité du matériau et les conditions cinétiques imposées au système. Pour mieux comprendre cet équilibre, cette thèse commence par présenter le comportement mécanique complet d'un pli unique, le constituant fondamental des origamis. Dans un premier chapitre, ses déformations élastiques sont décrites selon un modèle théorique validé par un simple test de force-déformation et une simulation en méthode des éléments finis. Puis, dans un second chapitre, ses comportements plastique et viscoélastique sont analysés par une extension du modèle élastique et des expériences de relaxation sous contraintes. Enfin, la dernière partie de cette thèse s'articule autour de l'étude mécanique de deux motifs de pliures. Le premier, un motif nommé « accordéon courbé », met en avant la variété de formes produites par les origamis grâce aux relations entre élasticité et géométrie. Le second motif quant à lui est utilisé pour créer des soufflets cylindriques en origamis bistables. Un montage spécifique basé sur ces soufflets permet de concevoir un système mécanique de mémoire binaire.

Origamis are three-dimensional structures obtained by folding a thin sheet following a pre-imprinted pattern of creases. The infinite number of imaginable pattern make the potential for innovation only limited by our understanding of their mechanical properties. This thesis aims to explain how, for a plastic sheet, these properties originate from the competition between the material elasticity and the kinetics conditions imposed on the system. To better understand this equilibrium, the thesis begins by focusing the study on the mechanical response of a single crease, the fundamental components of origamis. In the first chapter, its elastic deformations are captured by a theoretical model supported by simple load-deformation tests and simulations with finite element methods. Then, in the second chapter, the plastic and viscoelastic behavior are analyzed through both an extension of the elastic model and relaxation experiments under controlled strain. Finally, the third part of the thesis is structured around the mechanical study of two patterns of creases. The first one, named “Curved accordion”, showcases the unique shapes obtained by the complex relations between elasticity and geometry. The second pattern generates bistable cylindrical bellows in origami that we use as bases to create an elastic system with binary memory.; Les origamis sont des structures tridimensionnelles obtenues en pliant une feuille mince suivant un motif prédéfini de pliures. Le nombre infini de motifs imaginables rend le potentiel d'innovation uniquement limité par notre compréhension de leurs propriétés mécaniques. Cette thèse vise à expliquer comment, pour une feuille plastique, ces propriétés proviennent de la compétition entre l'élasticité du matériau et les conditions cinétiques imposées au système. Pour mieux comprendre cet équilibre, cette thèse commence par présenter le comportement mécanique complet d'un pli unique, le constituant fondamental des origamis. Dans un premier chapitre, ses déformations élastiques sont décrites selon un modèle théorique validé par un simple test de force-déformation et une simulation en méthode des éléments finis. Puis, dans un second chapitre, ses comportements plastique et viscoélastique sont analysés par une extension du modèle élastique et des expériences de relaxation sous contraintes. Enfin, la dernière partie de cette thèse s'articule autour de l'étude mécanique de deux motifs de pliures. Le premier, un motif nommé « accordéon courbé », met en avant la variété de formes produites par les origamis grâce aux relations entre élasticité et géométrie. Le second motif quant à lui est utilisé pour créer des soufflets cylindriques en origamis bistables. Un montage spécifique basé sur ces soufflets permet de concevoir un système mécanique de mémoire binaire.

Viruses are in many ways fascinating biological systems. They vary in their structure, their replication methods, and in their target hosts. They are the smallest self-replicating and self-assembling entities on Earth. Viruses are partly made of a protein shell called the capsid, the most important and interesting component as it encloses their genetic material. The main role of the capsid is to protect the viral genome. As a result and despite their smallness, they have evolved to sustain high external or internal constraints. However, the mechanisms underlying the appearance of viruses (through the capsids shape) and those that bring their high resistances are still poorly understood. Such problematics are of great interest as they could lead to the development of artificial nanocages. Viral derived nanocages are promising for various bioappplications, such as gene therapies or nanoapplications, such as drug delivery. The work I propose in my Ph.D. aims to contribute modestly to the understanding of viral assembly and stability using both analytical and numerical investigations.Viruses are biological structures produced thanks to molecular self-assembly. Because the final crystal is too be curved, the induced elastic stress is relaxed thanks to the introduction of topological defects in the protein lattice. We propose in the Ph.D. thesis a quantitative mechanism for this phenomenon by using standard thin shell elasticity. In particular, we show that the type and the angular location of a defect is determined by the value of the azimuthal stress that characterizes compressive or tensile regions. The elastic model proposed permits us to compare quantitatively the relaxation of mechanical stress induced by various defect distributions.Testing the mechanical stability of viral particles is possible thanks to nanoindentation experiments by atomic force microscopy. Using a coarse-grained molecular simulation of a viral structure, we build in the Ph.D. thesis a framework to help interpret mechanical information obtained by such nanoexperiments. More specifically, non-vanishing Gaussian curvature of viruses and the geometry of the tip have an influence on the viral quantitative stiffnesses that can be extracted. The coalescence of analytical and numerical results enables us to capture and rationalize the latter influence. We hope the latter work to be of interest for following investigations regarding mechanical aspects of viruses.; Les différentes propriétés des virus en font des objets intéressants et fascinants. On peut en trouver de différentes structures, avec des méthodes de réplication différentes et ils sont spécifiques à leurs cibles. Ils constituent la plus petite entité auto-assemblée, elle-même encodée par un matériel génétique. Ce génome est protégé par une capside à l'intérieur virus lui-même. La capside est le constituant le plus important d'un virus. Son rôle est de protéger le génome viral des agressions extérieures. De fait, elle peut supporter de hautes contraintes mécaniques ou chimiques externes et/ou internes. Cependant, les mécanismes conduisant à leur construction, influençant leurs formes et leur conférant cette résistance sont toujours assez peu compris. Ces problématiques présentent un intérêt majeur car elles ouvrent la porte au développement de nanocages. Ces nanocages inspirées des virus pourraient être particulièrement utiles pour des applications biologiques, en thérapie génique par exemple, ou des applications technologiques, comme la délivrance de médicaments à des cibles spécifiques. Le travail présenté dans cette thèse se propose modestement de contribuer à la compréhension de l'auto-assemblage et de la stabilité virale en utilisant des modèles numériques et analytiques.Les virus sont des échafaudages biologiques auto-assemblés. La structure finale étant nécessairement courbée, la contrainte élastique au cours de l'auto-assemblage due à la courbure est relachée par l'inclusion de défauts topologiques dans le réseau protéique. Dans cette thèse, par l'utilisation de la physique de l'élasticité en milieu continu, on propose un mécanisme pour ce phénomène. En particulier, on montre que le type et la localisation angulaire du défaut à la frontière de l'assemblage sont deux paramètres fixés par la contrainte azimuthale, celle-ci pouvant être compressive ou extensive. Le modèle élastique proposé permet de comparer et d'évaluer l'effet relaxant de différentes distributions de défauts topologiques dans la structure.L'évaluation et les tests de stabilité mécaniques des structures virales ont été rendus possible par les expériences de nanoindentation par microscopie à force atomique. En utilisant une simulation numérique de dynamique moléculaire d'une structure virale gros-grains, on construit dans cette thèse un cadre de travail permettant d'aider à l'interprétation des informations mécaniques tirées de ces expériences. Plus spécifiquement, la courbure Gaussienne non-nulle du virus indenté et la géométrie de la pointe utilisée pour l'indentation ont des influences sur la rigidité mécanique effective pouvant être extraite expérimentalement. La coalescence de résultats numériques et théoriques nous permet de capturer et de rationaliser cette influence. On espère que ce travail pourra être d'intérêt pour des recherches futures portant sur les propriétés mécaniques des virus.

In industrial processes in which yield stress fluids are involved, the sudden transition between solid and fluid states depending on the applied load is a major issue in manyapplications. Additionally, yield stress fluids exhibit other characteristics including their slippage and the existence of elastic deformation below the yield stress.This thesis aims to understand the structure of elasto-viscoplastic fluid flows and, in particular, the parameters affecting flow morphology and applied forces.This research analyses two situations: (1) fluid flows around a plate perpendicular to the flow and (2) Rayleigh Bénard’s instabilities based on numerical modelling with FEMLIP.Firstly, the objective is to identify the effects of plasticity and elasticity using the law of elasto-viscoplastic behaviour, which is an association of Herschel-Bulkley's andMaxwell's models. Moreover, the effects of plasticity and elasticity are compared with available experimental results obtained with a fluid model (Carbopol gel).In this comparison, more complex effects (Shear-thinning, wall slip, the initial state of stress) have been taken into account. The results show a decrease in drag coefficient of the plate when the Oldroyd number (ratio between plastic and viscous effects) becomes predominant. Drag force is also reduced when the Oldroyd number (ratio between plastic and viscous effects) is predominant. The drag coefficient tends towards an asymptotic value which indicates that beyond a certain Oldroyd number, this drag coefficient is not governed by velocity but depends only on yield stress. Drag force increases with elasticity. Besides, the elastic effects are responsible for the dissymmetry that is observed between upstream and downstream the obstacle. The analysis of stress fields allows us to conclude that total drag force is dominated by pressure. Both experimentally and numerically, the influence of an initial state of stress of the material is observed significantly in the area of plastic effect predominant compared to viscous effects. The results obtained with FEMLIP are in the same orders of magnitude that the ones provided by the experiments. In Rayleigh Bénard's case of convection, for a purely viscoplastic fluid thus no elastic effect, the Nusselt number and the velocity norm decrease with an increasing plastic effect therefore the Bingham number (Bn). Beyond a critical value of the Bingham number Bnc (Bnc=1.7), the heat transfer is purely conductive one (Nu = 1). Therefore, elasticity plays a destabilizing role and leads to an enhancement of the convection strength as well as heat transfer via the mean Nusselt number (Nu = 1).Consequently, the size of the yielded regions increases with elasticity. In addition, an increase in the field of the second invariant of the stress tensor in the center of the cavity is shown with increasing Wi. Furthermore, we notice that the first difference of the normal components is the main responsible for the shape of the unyielded regions. The highest values of normal stresses are obtained in the area of recirculation of the fluid (vortex), indicating significant elastic effects. Kinematic, temperature and stress field, shape and size of yielded and unyielded zones investigations allowed to better understand the local phenomena for the same ratio of yield stress effects to buoyancy effects, leading for the slippage case to a distinct convective transfer and for the adherent case to a conductive transfer. The convective onset criteria are in the same orders of magnitude both in sliding and adherent conditions in comparison with experiments., Dans les procédés industriels mettant en jeu des fluides à seuil, la transition entre des états solide - fluide en fonction du chargement appliqué représente une problématique importante dans de nombreuses applications. Ces fluides à seuil présentent aussi d’autres caractéristiques telles que leurs capacités à glisser aux interfaces et l’existence d’une déformation élastique sous le seuil de contrainte. Cette thèse se propose de comprendre la structure des écoulements de fluides élasto-viscoplastiques et, en particulier, les paramètres influant sur la morphologie de l’écoulement et sur les efforts appliqués. Elle analyse deux situations : (1) les écoulements autour d’une plaque plane perpendiculaire à l’écoulement et, (2) les instabilités thermiques de Rayleigh-Bénard en s’appuyant sur une modélisation numérique mise en oeuvre avec la Méthode des Eléments Finis avec Points d’Intégration Lagrangiens (MEFPIL). D'une part, l’objectif est d’identifier les effets respectifs de la plasticité et de l’élasticité en utilisant la loi de comportement élasto-viscoplastique qui est une association du modèle de Herschel-Bulkley et du modèle de Maxwell. D’autre part, les effets de plasticité et d’élasticité issus de la modélisation numérique sont comparés avec des résultats expérimentaux disponibles obtenus avec un fluide modèle (gel aqueux de Carbopol). Dans cette comparaison, d’autres effets (rhéofluidification, glissement aux parois, état initial des contraintes) ont été également pris en compte.Les résultats mettent en évidence une diminution du coefficient de traînée de la plaque lorsque le nombre d’Oldroyd (ratio entre les effets plastiques et les effets visqueux)devient prépondérant. Le coefficient de traînée tend vers une valeur asymptotique. La force de traîné augmente avec l’élasticité. De plus, les effets élastiques sont responsables de la dissymétrie observée entre l’amont et aval de l’obstacle. L’analyse du champ de la composante de cisaillement permet de conclure que la traînée totale est gouvernée par la pression. Expérimentalement et numériquement, on observe une influence significative de l’état initial des contraintes du matériau dans le domaine des effets de seuil prépondérants devant les effets visqueux. Les résultats obtenus avec la MPEFPIL sont dans les mêmes ordres de grandeur que ceux fournis par les expériences.Pour un fluide purement viscoplastique donc sans élasticité dans la convection de Rayleigh-Bénard, le nombre de Nusselt et la norme de la vitesse diminuent lorsque les effets plastiques donc le nombre de Bingham (Bn) augmentent. Au-dessus d'une valeur critique du nombre de Bingham Bnc, (Nu=1,7), le transfert de chaleur est purement conductif Nu = 1. Quant aux effets élastiques, les résultats montrent qu’ils favorisent la convection. Par conséquent, la taille des zones seuillées augmente avec l’élasticité. De plus, on observe un accroissement du champ du deuxième invariant du tenseur des contraintes au centre de la cavité avec l'augmentation de Wi. On remarque aussi que la première différence des composantes normales est principalement responsable de la forme des zones non seuillées.Les valeurs maximales des contraintes normales sont obtenues là où le fluide recircule (vortex), indiquant des effets élastiques significatifs. En outre, l’analyse des champs cinématique, de température et de contrainte ainsi que la forme et la taille des zones seuillées et non seuillées a permis de comprendre les phénomènes locaux pour un même rapport des effets de seuil de contrainte aux effets de flottabilité qui induisent, dans le cas glissant, un transfert nettement convectif et, dans le cas adhérent, un transfert conductif. Les critères d’apparitions de la convection sont dans les mêmes ordres de grandeur, aussi bien dans des conditions glissantes et d’adhérence, comparés aux expériences.

With the evolution of humanity, modern constructions are proposed based on conventional materials. This is not without consequence because today the construction sector is the largest consumer of energy and the second emitter of CO2 in the world. This significantly impacts the climate of the planet. It is therefore essential today to develop materials that best respect the environment through their low greenhouse gas emission power and which consume little energy. This research is part of this process, which will contribute to the development of ecological materials for construction. We are interested in studying the elastic properties of a clay matrix composite, reinforced with vegetable rice straws. In view of the results obtained, it is shown that this material used in a traditional way in rural areas has interesting characteristics, which constitute reasons for its popularization with builders. The experimental tests in conjunction with the microstructural study made it possible to better control not only the distribution of the fibres in the matrix, but also to define the optimal formulation. The variation in the volume fraction of straws allows us to highlight the influence of straws on the earth material. Straws play the role of reinforcements in the clay-rice straw composite material (banco). They improve the tensile and compressive strength up to a threshold of 25% by volume proportion. It appeared that the Young's modulus decreases with the evolution of the volume fraction and that its greatest value is obtained when the volume fraction is 25%. Multi-scale modelling for the prediction of the elastic behaviour of the banco composite was carried out in this work, through the analytical models of Mori-Tanaka, Hashin-Strikman, the bounds of Voigt and Reuss. A numerical study was made using the Digimat software, of which the finite element module and the MF semianalytical module were used. The study of the behaviour of the material was carried out only in elasticity. Using these models, we were able to go back to the intrinsic properties of the constituents of the composite (the elastic properties of rice straws and the clay matrix, the aspect ratio of rice straws, the geometric orientation of inclusions, the volume fraction of inclusions). We have noticed that the Mori-Tanaka models and the Digimat MF model best predict the elastic behaviour of the clay-rice straw composite.; Avec l’évolution de l’humanité il est proposé des constructions modernes à base de matériaux conventionnels. Ceci n’est pas sans conséquence car de nos jours le secteur de la construction est le premier consommateur d’énergie et le deuxième émetteur de CO2 dans le monde. Ceci à un impact significatif sur le climat de la planète. Il s’avère donc indispensable de nos jours de mettre au point des matériaux qui respectent au mieux l’environnement à travers leur faible pouvoir d’émission de gaz à effet de serre et qui consomment peu d’énergie. C’est dans cette démarche que s’inscrit le présent travail de recherche qui contribuera au développement des matériaux écologiques pour la construction. Il s’intéresse à l’étude des propriétés élastiques d’un composite à matrice argileuse, renforcé avec des pailles végétales de riz. Au regard des résultats obtenus, il est montré que ce matériau utilisé de façon traditionnelle en milieu rural possède des caractéristiques intéressantes, qui constituent des raisons de sa vulgarisation auprès des constructeurs. Les essais expérimentaux en liaison avec l’étude microstructurale a permis de mieux maitriser non seulement la répartition des fibres dans la matrice, mais aussi de définir la formulation optimale du composite. La variation de la fraction volumique des pailles, nous permet de mettre en évidence l’influence des pailles sur le matériau terre. Les pailles jouent le rôle des armatures dans le matériau composite argile-pailles de riz (banco). Elles améliorent la résistance en traction et en compression jusqu’à un seuil de 25% de proportion volumique. Il est apparu que le module de Young baisse avec l’évolution de la fraction volumique et que sa plus grande valeur est obtenue lorsque la fraction volumique est de 25%. La modélisation multi-échelle en vue de la prédiction du comportement élastique du composite banco a été réalisée dans ce travail, à travers les modèles analytiques de Mori-Tanaka, Hashin-Strikman, les bornes de Voigt et Reuss. Une étude numérique a été faite à l’aide du logiciel Digimat dont le module éléments finis FE et le module semi-analytique MF ont été utilisés. L’étude du comportement du matériau a été menée uniquement en élasticité. A l’aide de ces modèles, nous avons pu remonter aux propriétés intrinsèques des constituants du composite (les propriétés élastiques des pailles de riz et de la matrice argileuse, l’aspect ratio des pailles de riz, l’orientation géométrique des inclusions végétales, la fraction volumique des inclusions). Nous avons remarqué que les modèles de Mori-Tanaka et le modèle Digimat MF prédisent au mieux le comportement élastique du composite argile-pailles de riz.