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This thesis work is devoted to the development of a coupling method between a CFD code and a so-called "porous" code which is dedicated to the thermal-hydraulic modelling at the sub-channel scale of a nuclear reactor core. The partitioned domain decomposition method has been chosen for the coupling work. Two methods are applied, one with overlap and the other without, based on Multiplicative Schwarz and iterative Dirichlet-Neumann methods, respectively. An iterative fixed-point solving strategy is implemented with explicit and implicit algorithms using previous approaches as pre-conditioners. For the purpose of improving the data exchange between two non-conforming meshes, prolongation and restriction procedures have been developed.The verification of the coupling method has been performed on a set of test cases with increasing complexity to verify the influence of overlapping and non-overlapping approaches, the impact of explicit and implicit algorithms and the interoperability of the method. Moreover, the new prolongation and restriction procedures have shown their benefit in the coupling. Finally, the coupling method has been applied to a representative case simulating the flow in a nuclear reactor core, namely the MANIVEL experiment. Thus, first CFD calculations have been realized on this experiment to obtain reference data. Then, coupled simulation were carried out and compared with these references. Finally, prospective computations of a flow imbalance at the inlet of the assembly has been executed., Ce travail de thèse est consacré au développement d'une méthode de couplage entre un code CFD et un code dit "poreux" qui est dédié à la modélisation thermohydraulique à l'échelle moyenne dans un coeur de réacteur nucléaire. La méthode de décomposition de domaine partitionné a été retenue comme méthode de couplage. Deux approches sont utilisées, une avec recouvrement et l'autre sans qui se basent respectivement sur une méthode de Schwarz Multiplicative et une méthode itérative de Dirichlet-Neumann. Une stratégie de résolution itérative de type point fixe est adjointe aux précédentes approches avec deux algorithmes explicite et implicite. Pour améliorer les échanges de données entre deux maillages non-conformes, des procédures de prolongation et de restriction ont été développées.La vérification de la méthode de couplage a été réalisée sur un ensemble de cas test à complexité croissante afin de vérifier l'influence des approches avec et sans recouvrement, l'impact des algorithmes explicite et implicite et l'interopérabilité de la méthode. De plus, les nouvelles procédures de prolongation et de restriction ont montré leur bénéfice dans le couplage. Enfin, la méthode de couplage a été appliquée à un cas représentatif d'un écoulement dans un cœur de réacteur nucléaire, à savoir l'écoulement dans l'expérience MANIVEL. Ainsi, des premiers calculs CFD ont été réalisés sur cette expérience afin de disposer de données de références. Ensuite, des simulations couplées ont été réalisées et comparées avec ces références. Pour finir, des calculs prospectifs d'un déséquilibre de débit en entrée d'assemblage ont été réalisés.

With the arrival of hybrid materials for structural applications in the aeronautical industry, development times for new aircraft tend to increase. It is therefore becoming imperative to shorten development times by using new methodological processes. Numerical tools, and specifically here molecular dynamics, have a card to play to help accelerate this. The project replaces a metal mesh with conductive paint in order to reduce the mass of the aircraft while retaining its lightning protection properties. The first phase of this project focused on the development of thermosetting resins, from their cross-linking to their thermo-mechanical characterisation by molecular dynamics. The first results concerning various resins showed a good reciprocity with the experimental data. The second phase of this project highlighted the numerical biases involved in a solid-liquid interfacial study. The different interfacial tensions as well as the work of adhesion and the contact angle were calculated numerically. The last phase of the project focused on moving to a mesoscopic scale in order to determine the percolation threshold influenced by the polymer matrix. After an analytical study of the latter, first atomistic reference simulations were carried out. In conclusion, numerical modelling has allowed the development of a new working methodology for the elaboration of high performance materials. The notion of conductivity was not only approached in a statistical manner but also took into account the influence of the matrix. This reflection can be transposed to other hybrid materials by generalising the modelling strategy for multi-scale studies.; L’industrie aéronautique voyant l’arrivée des matériaux hybrides pour des applications structurales, les temps de développement de nouveaux aéronefs tendent à augmenter. Il devient donc impératif de raccourcir les temps de développements en utilisant de nouveaux procédés méthodologiques. Les outils numériques, et spécifiquement ici la dynamique moléculaire, ont une carte à jouer pour aider à accélérer ceci. Dans le cadre du projet, on remplace un maillage métallique par de la peinture conductrice afin de réduire la masse de l'aéronef tout en gardant ces propriétés anti-foudre. La première phase de ce projet s'est consacrée sur l'élaboration de résines thermodurcissables, de leur réticulation à leur caractérisation thermo-mécaniques par dynamique moléculaire. Les premiers résultats concernant des résines variées ont montré une bonne corrélation avec l'expérimentale. La seconde phase de ce projet a permis de mettre en évidence les biais numériques qu'entraînent une étude interfaciale solide-liquide. Les différentes tensions interfaciales ainsi que le travail d'adhésion et l'angle de contact ont été calculé numériquement. La dernière phase du projet a mis en avant le passage à une échelle mésoscopique afin de pouvoir déterminer le seuil de percolation influencé par la matrice polymérique. Après une étude analytique de ce dernier, des premières simulations de référence atomistiques ont été réalisés. Pour conclure, la modélisation numérique a permis de développer une nouvelle méthodologie de travail pour l’élaboration de matériaux hautes performances. La notion de conductivité n’a pas été abordée que de manière statistique mais a pris en compte l’influence de la matrice. Cette réflexion est transposable aux autres matériaux hybrides de par la généralisation de la stratégie de modélisation pour des études multi-échelle.

Numerous barriers remain to develop biobased composites in mechanical parts with high requirements (aeronautics, automotive, etc.). The prime objective of this thesis concerns the multi-scale study of the composite and its flax fiber reinforcement and to study its strain rate sensitivity at various scales. The specific application targeted is a long range drone. These researches are motivated by a lack of bibliographical data on the strain rate sensitivity of this material and non-exhaustive existing behavior models. The flax fiber alone already has a composite microstructure with a complex behavior, different from a synthetic fiber and which deserves a particular characterization. This work allows to understand and characterize the influence of this microstructure on the behavior of the composite at the macroscopic scale and to propose adequate homogenization models. Moreover, a constitutive model taking into account the strain rate sensitivity at the composite scale is proposed over a broad range of speeds from quasi-static to dynamic.; De nombreux verrous persistent pour développer des composites biosourcés dans des pièces mécaniques à hauts niveaux d’exigences (aéronautique, automobile, etc.). L’objectif principal de cette thèse concerne ainsi l’étude multi-échelle du composite et de son renfort en fibres de lin et d’étudier sa sensibilité à la vitesse de déformation à différentes échelles. L’application spécifique visée est un drone longue endurance. Ces recherches sont motivées par un manque de données bibliographiques sur la sensibilité à la vitesse de ce matériau et des modèles de comportement existants non-exhaustifs. La fibre de lin seule a déjà une microstructure composite avec un comportement complexe, différent d’une fibre synthétique et qui mérite ainsi une caractérisation particulière. Ces travaux permettent ainsi de comprendre et de caractériser l’influence de cette microstructure sur le comportement du composite à l’échelle macroscopique et de proposer des modèles d’homogénéisation adéquats. De plus, un modèle constitutif prenant en compte la sensibilité à la vitesse de déformation à l’échelle du composite est proposé sur une large plage de vitesses du quasi-statique au dynamique.

The thesis focuses on the study of the origins and effects of a number of variabilities within a carbon/Epoxy composite structure with geometric singularities. The first chapter is a bibliographical study in which it is shown that the study of variabilities in composite parts remains an open problem that can be approached in several ways and at several scales. For the analysis and manufacture of composite structures, there are a large number of methods, multi- scale or not, which allow the influence of variabilities to be taken into account in the study of composite structures. It is well established that the properties of a composite structure depend on both the choice of raw materials and the manufacturing process. These properties are influenced by several types of variability such as variation in the position of ply stops, fibre misalignment and the presence of porosities. These three issues are addressed in this thesis. To illustrate the proposed methodology, we consider as an example of a structure with complex geometry, a prototype of a composite stringer inspired by an aeronautical fuselage. In this work, it constitutes the receptacle of a certain number of manufacturing constraints such as the presence of convex and concave radii, vertical walls, changes in thickness and the association of several materials. The second chapter is dedicated to the presentation of the experimental protocol used and the observations of variability for the analysis of ply stops, porosity and fibre misalignment. The observations are carried out throughout the manufacturing process, using a wide range of measurement techniques such as optical, micrographic, tomographic observations, etc. Each observation is dedicated to the monitoring of one or more types of variability studied for different phases of the manufacturing process. The third chapter includes the mathematical study of the observation results and the representation of statistical trends. The acquired data are sorted according to their position with respect to geometric singularities, and analysed in order to propose relevant mathematical models. The originality of the work lies mainly in the desire to do not limit itself to statistical analyses, by characterising realistic spatial evolution trends for each type of variability observed, in relation to the presence or absence of a geometric singularity nearby. Once the representative mathematical laws have been identified, statistical analyses are carried out on the parameters driving these laws, mainly in the form of means and standard deviations. The aim of the 4th chapter is to propose a numerical approach to evaluate the influence of these variabilities on the properties of the structure. It is shown how it is possible to create a family of numerical models representing virtual parts (not yet manufactured) in a realistic way. The realism sought targets both the amplitude of the simulated variabilities and the spatial evolution of this variability within the part. The numerical simulations must make it possible to propose ranges of variation of the properties and behaviour of the structures according to the variability studied. The model uses 2D shell elements to be able to carry out a large number of simulations based on random draws of the parameters of the mathematical laws studied. Finally, another numerical study is proposed. It concerns the effect of variabilities within a fuselage skin composed of UD plies, based on results from a previous thesis. In conclusion, this work has set up an approach allowing the evaluation of uncertainty effects in mechanical calculations applied to composite structures with complex geometry. The question addressed is to ensure the robustness of a result in a more physical way than by using safety factors. The perspectives of this work are then presented.; La thèse porte sur l'étude des origines et des effets d'un certain nombre de variabilités, au sein d'une structure composite carbone/Epoxy présentant des singularités géométriques. Le 1er chapitre est une étude bibliographique où on montre que l'étude des variabilités sur des pièces composites reste un problème ouvert qui peut être abordé de plusieurs manières et à plusieurs échelles. Il est bien établi que les propriétés d'une structure composite dépendent à la fois du choix des matières premières comme de celui du procédé de fabrication. Ces propriétés sont influencées par plusieurs types de variabilités comme la variation de la position des arrêts de pli, le désalignement des fibres et la présence de porosités. Ces trois questions sont abordées dans le cadre de cette thèse. Pour illustrer la méthodologie proposée, nous considérons comme exemple de structure avec géométrie complexe, un prototype de lisse composite inspiré d'un fuselage aéronautique. Elle constitue dans ce travail le réceptacle d'un certain nombre de contraintes de fabrication comme la présence de rayons convexes et concaves, de parois verticales, de changements d'épaisseur et d'association de plusieurs matériaux. Le 2ème chapitre est dédié à la présentation du protocole expérimental utilisé et des observations de variabilité pour l'analyse des arrêts de plis, de la porosité et de désalignement des fibres. Les observations sont réalisées tout au long du processus de fabrication, et font appel à un large éventail de techniques de mesures comme les observations optiques, micrographiques, tomographiques, etc. Chaque observation est dédiée au suivi d'un ou plusieurs types de variabilité étudiée pour des phases différentes du processus de fabrication. Le 3ème chapitre comporte l'étude mathématique des résultats d'observation et la représentation des tendances statistiques. Les données acquises sont triées en regard de leur position vis-à-vis des singularités géométriques, et analysées afin d'en proposer des modélisations mathématiques pertinentes. L'originalité du travail porte principalement sur la volonté de ne pas se limiter à des analyses statistiques, en caractérisant des tendances d'évolutions spatiales réalistes pour chaque type de variabilité observée, en lien avec la présence ou non d'une singularité géométrique à proximité. Une fois les lois mathématiques représentatives identifiées, des analyses statistiques sont menées sur les paramètres qui pilotent ces lois, principalement sous la forme de moyennes et d'écarts types. Le but du 4ème chapitre est de proposer une approche numérique pour évaluer l'influence de ces variabilités sur les propriétés de la structure. On montre en quoi il est possible de créer une famille de modèles numériques représentant des pièces virtuelles (non encore fabriquées) de façon réaliste. Le réalisme recherché cible autant l'amplitude des variabilités simulées que l'évolution spatiale de cette variabilité au sein de la pièce. Les simulations numériques doivent permettre de proposer des gammes de variation des propriétés et du comportement des structures en fonction de la variabilité étudiée. Le modèle fait appel à des éléments coques 2D, pour être en capacité de mener un grand nombre de simulations basées sur des tirages aléatoires des paramètres des lois mathématiques étudiées. Enfin une autre étude numérique est proposée. Elle concerne l'effet des variabilités au sein d'une peau de fuselage composée de plis UD à partir de résultats issus d'une thèse précédente. En conclusion, ce travail a mis en place une approche permettant l'évaluation des effets d'incertitude dans des calculs mécaniques appliqués aux structures en matériaux composites à géométrie complexe. La question abordée est de s'assurer de la robustesse d'un résultat de manière plus physique qu'en ayant recours à des facteurs de sécurité. Les perspectives de ces travaux sont ensuite présentées.

Ce numéro regroupe des textes issus des projets ayant travaillé dans le cadre du Programme PSDR 4, sous l’égide d’INRAE et de 10 Régions françaises.; International audience; Among agroecological principles, it has been assumed that incorporating diversity into livestock farming systems could increase their multiperformance and enhance their resilience. Technical references are however still missing. The research-development project PSDR4 New-DEAL (2015-2020) provided technical and organizational knowledge on/for multi-species grassland-based systems and integrated crop-livestock systems. Research was conducted across spatial scales, from territory to system components (animal and vegetal resources and work organization), with a focus on fodder autonomy and system resilience. Local consumers favoured buying an average basket consisting of a mixture of beef, pork and vegetable, and their willingness to pay for these products was mainly related to a territorial vitality. A strong reduction of inputs in mixed-grazing and crop-livestock systems was shown to result from enhanced crop-livestock interactions, a better utilization of grasslands and dilution of parasite burden in mixed grazing systems. Mixed herbivore systems also had enhanced buffer and adaptive capabilities, and so resilience, thanks to opportunities related to housing facilities, animal feeding management and work organization.; Dans le cadre de la transition agroécologique, la diversification des systèmes d’élevage est mise en avant par de nombreux auteurs comme un des leviers pour répondre aux enjeux productifs, environnementaux et sociaux des productions animales. Les références techniques et organisationnelles sur les élevages diversifiés manquent pourtant. Le projet PSDR4 New-DEAL (2015-2020) a produit des références à des niveaux d’analyse allant du territoire jusqu’au troupeau, afin d’accroitre la résilience et l’autonomie des élevages d’herbivores par leur diversification. Dans les deux terrains enquêtés, qui sont différents par leurs productions animales, l’intérêt des consommateurs locaux est fort pour la viande produite dans le territoire sous signe officiel de qualité ; ces consommateurs expriment une volonté de préserver l’emploi local. Dans tous les types de systèmes d’élevage diversifiés analysés, une réduction importante des intrants est envisageable grâce aux interactions cultures-élevage et à une meilleure valorisation de l’herbe en pâturage mixte, associée à une dilution de la charge parasitaire des animaux, qui permet de réduire le recours aux anthelminthiques. La mixité d’espèces animales accroit aussi les capacités d’adaptation des éleveurs dans leur gestion des pics et aléas de travail, des évolutions de politiques et des aléas de marché, rendant ainsi les systèmes d’élevage plus résilients.

A significant part of petroleum, gas, and geothermal reservoirs contain natural fractures that impact their performance. When these discontinuities fall on the sub-seismic scale, it is a challenge to incorporate them into numerical models, because the computational costs of their explicit representation are usually too high. Popular solutions that deal with the effect of these small-scale fractures are the dual-porosity approaches and classical flow-based upscaling. However, while the dual-porosity models disregard the geometrical complexity of real fracture networks, traditional upscaling can not capture the dynamic influence of the fractures, whose permeabilities change continuously during the reservoir’s productive life. This thesis is dedicated to the multiscale hydro-mechanical simulation of reservoirs containing complex fracture networks. The adopted multiscale method is an adaptation of the multi-level Finite Element Method (FEM), which solves both the macroscale and the microscale numerically and couples them according to the principles of homogenization. The modification proposed here is called the multi-level Box because it replaces the FEM with the Box method, also called the control-volume FEM. Contrary to upscaling techniques, this method can capture the dynamic influence of the heterogeneities on the large-scale behavior without the need of defining equivalent constitutive laws. At the level of the REV, the fractures are generated stochastically and represented by interface elements. Major modifications were made to an open-source code to make the hydro-mechanical simulation of elastoplastic fractures possible. A new statistics-based methodology based on the Central Limit Theorem was proposed to define the REV of random fractured media. Also, two methods used to impose periodic boundary conditions on periodic and non-periodic meshes were adapted to domains containing interface elements. The developed tools and methods were applied in a synthetic case of depletion inspired by a real naturally fractured chalk reservoir. The multiscale method was able to represent the loss of productivity caused by depletion, the permeability enhancement induced by shear dilation, and the anisotropic evolution of the pore pressure field., Une partie importante des réservoirs de pétrole, de gaz et géothermiques contient des fractures naturelles qui ont un impact sur leur performance. Lorsque ces discontinuités se situent à l'échelle sub-sismique, leur incorporation aux modèles numériques pose un défi, car le coût de calcul de leur représentation explicite est généralement trop élevé. Les solutions populaires qui traitent de l'effet de ces fractures à petite échelle sont les approches à double porosité et l'obtention de propriétés constitutives équivalentes par changement d'échelle (upscaling). Pourtant, alors que les modèles à double porosité ne tiennent pas compte de la complexité géométrique des réseaux de fractures réels, les techniques traditionnelles de changement d'échelle ne peuvent pas capturer l'influence dynamique des fractures, dont les perméabilités changent continuellement pendant l'exploitation du réservoir. Cette thèse est dédiée à la simulation hydromécanique multi-échelle de réservoirs contenant des réseaux de fractures complexes. La méthode multi-échelle adoptée est une adaptation de la méthode des éléments finis au carré, qui résout numériquement à la fois la macro-échelle et la micro-échelle et les couple selon les principes d'homogénéisation. La modification proposée ici s'appelle la méthode Box multi-niveaux car elle remplace la méthode des éléments finis par la méthode Box. Contrairement au changement d’échelle conventionnel, cette méthode permet de capturer l'influence dynamique des hétérogénéités sur le comportement à grande échelle sans qu'il soit nécessaire de définir des lois constitutives pour la macro-échelle. Au niveau du Volume Élémentaire Représentatif (VER), les fractures sont générées de manière stochastique et représentées par des éléments d'interface. Des modifications majeures ont été apportées à un code open-source pour permettre la simulation hydro-mécanique des milieux fracturés élastoplastiques. Une nouvelle méthodologie statistique basée sur le théorème de la limite centrale a été proposée pour définir le VER de milieux fracturés aléatoires. De plus, deux méthodes utilisées pour imposer des conditions aux limites périodiques sur des maillages périodiques et non-périodiques ont été adaptées aux domaines contenant des éléments d'interface. Les outils et méthodes développés ont été appliqués dans un cas synthétique de déplétion inspiré d'un réservoir carbonaté fracturé réel. La méthode multi-échelle a permis de représenter la perte de productivité causée par la déplétion, l'augmentation de la perméabilité induite par la dilatation par cisaillement, et l'évolution anisotrope du champs de pression.

This thesis is a continuation of the research and expertise carried out by LAGAM and the RisCrises consultancy in response to the growing need to integrate effective risk and crisis management tools in the face of an increase in the impact of disasters. Mapping, an operational tool with multiple applications (information, modelling, issues, etc.), makes it possible to optimise decision-making in the face of the multiplicity of these events through GIS (geographic information systems). The aim is to offer integrated cartographic solutions for several ranges of use, at several scales and for several local risk prevention stakeholders. Among these supports, post-disaster damage maps have played an increasingly important role in decision-making processes for several years. Produced by rapid mapping services, within the framework of international and regional programmes, these maps provide an inventory of damage based on satellite imagery, very shortly after the event. Despite their great operational utility, these productions show a strong heterogeneity of the cartographic representations used. Concrete cases applied to the Haiti earthquake in 2010, or more recently to hurricane Irma in 2017, question the effects of such cartographic diversity on the transmission and interpretation of information by different users. Our research aimed to identify the characteristics of these damage maps and to experiment the consequences of this visual diversity. At the end of this phase, the results made it possible to develop a new cartographic representation based on the precepts of graphic semiology and cartography, adapted to a wide range of uses, at several scales and for several actors in risk and crisis management. The visual and cognitive capabilities of this new representation were analysed and compared using a representative sample of aggregation methods used in post-disaster mapping. The results have been used to produce web maps offering numerous possibilities for cartographic development in the service of risk and crisis planning, as well as preventive information for the population. This thesis has also identified the parameters at the origin of the uncertainties (attributive and interpretative) of the data disseminated by these maps, and to propose a visual representation of these uncertainties. This project benefits from a favourable scientific and technical context and framework. Supported by Frédéric LEONE (PhD supervisor & director of LAGAM, (UPV-M3)) and Hoilid LAMSSALAK (Director of the RisCrises BE), the project implies many positive spin-offs through this public/private partnership. They offer possibilities for the development of operational cartographic solutions that are highly sought by government services in terms of risk and crisis planning (Civil Security Directorate in particular, Ministry of the Environment), but also by producers of spatial data seeking to enhance satellite imagery.; Cette thèse s’engage dans une continuité des recherches et expertises menées par le LAGAM et le bureau d’études RisCrises pour répondre à la nécessité croissante d'intégrer des outils de gestion de risques et de crises efficaces face à une augmentation de l'impact des catastrophes. La cartographie, outil opérationnel aux applications multiples (informatives, modélisations, enjeux, etc.), permet d’optimiser, à travers les SIG (systèmes d’information géographique), la prise de décisions face à la multiplicité de ces événements. L’objectif est de proposer des solutions cartographiques intégrées pour plusieurs gammes d’utilisation, à plusieurs échelles et pour plusieurs acteurs locaux de la prévention des risques. Parmi ces supports, les cartes de dommages post-catastrophes jouent depuis quelques années un rôle de plus en plus important dans les processus décisionnels. Produites par des services de cartographies rapides, dans le cadre de programmes internationaux et régionaux, ces cartes fournissent un inventaire des dommages à partir de l’imagerie satellitaire, très peu de temps après la survenue de l’événement. Malgré leur grande utilité opérationnelle, ces productions montrent une forte hétérogénéité des représentations cartographiques utilisées. Des cas concrets appliqués au séisme de Haïti en 2010, ou plus récemment au cyclone Irma en 2017, interrogent les effets d’une telle diversité cartographique sur la transmission et l’interprétation des informations par différents utilisateurs. Notre recherche avait objectif d’identifier les caractéristiques de ces cartes de dommages et d’expérimenter les conséquences de cette diversité visuelle. À l’issue de cette phase, les résultats ont permis d’élaborer une nouvelle représentation cartographique fondée sur les préceptes de sémiologie graphique et de cartographie, adaptée à une large gamme d’utilisations, à plusieurs échelles et pour plusieurs acteurs de la gestion des risques et des crises. Les capacités visuelles et cognitives de cette nouvelle représentation ont été analysées et comparées au moyen d’un échantillon représentatif de méthodes d’agrégation employées dans la cartographie post-catastrophe. Les résultats ont été exploités pour la réalisation de cartographies web offrant de nombreuses possibilités de développement cartographique au service de la planification des risques et des crises, et aussi de l’information préventive des populations. Cette thèse a également permis d’identifier les paramètres à l’origine des incertitudes (attributaires et interprétatives) des données diffusées par ces cartes, et de proposer une représentation visuelle de ces incertitudes. Ce projet bénéficie d'un contexte et d'un encadrement scientifique et technique favorables. Supporté par Frédéric LEONE (Directeur de thèse & directeur du LAGAM, (UPV-M3)) et Hoilid LAMSSALAK (Directeur du BE RisCrises), le projet implique de nombreuses retombées positives au travers de ce partenariat public/privé. Elles offrent des possibilités pour le développement de solutions cartographiques opérationnelles très recherchées par les services de l’Etat en matière de planification des risques et des crises (Direction de la Sécurité Civile en particulier, Ministère de l’Environnement), mais également par les producteurs de données spatiales cherchant à valoriser l’imagerie satellitaire.

Thèse sous confidentialité du jury jusqu’au 25/10/2026 puis sous embargo illimité de l’auteure; Rock crushers are production systems used to produce fine raw material from coarse collected material (agricultural or mining). Crushing is a complex tribological process which causes significant wear on work pieces due to strong local and global stresses. The working life of the crusher parts is therefore questioned because of this high wear. The vertical roller mill is especially studied here, whose rollers are manufactured with a metal matrix and ceramic inserts. Methods of characterization are therefore developed to quantify this wear which appears to be multi-scale (system, macroscopic, mesoscopic and microscopic). These methods are mainly adapted to in-situ measurements due to a real demand to directly control rollers on the production line in order to avoid any prolonged time stop of the system. A method for characterizing damage of surfaces exposed to wear is developed. This method, which consists in illuminating a surface from different lighting angles, is proving to be a real alternative to the topographical method for characterizing wear in mesoscopic and microscopic scales. A portable apparatus using this method is developed to analyze in detail wear of crusher parts directly in an industrial environment. Morphological indicators are calculated for each scale from collected data. A database is implemented to organize data of different type and scale, and to correlate the different scales.; Les concasseurs de roches sont des systèmes de production utilisés pour produire de la matière première fine à partir de matières récoltées grossières (agricole ou minière). Le concassage est un processus tribologique complexe qui provoque une usure importante des pièces à cause de fortes contraintes locales et globales. La durée de fonctionnement des pièces des concasseurs est alors remise en cause par cette usure prononcée. Les galets des broyeurs verticaux spécialement étudiés ici sont composés d’une matrice métallique et d’inserts céramiques. Des méthodes de caractérisation sont alors mises en place pour quantifier cette usure qui apparaît multi-échelle (système, macroscopique, mésoscopique et microscopique). Ces méthodes sont principalement adaptées aux mesures sur le terrain dues à une réelle demande de contrôler les galets directement sur la ligne de production pour éviter tout arrêt prolongé du système. Une méthode de caractérisation des dommages de surfaces exposées à l’usure est développée. Cette méthode qui consiste à éclairer une surface selon des angles différents, se révèle être une réelle alternative à la topographie pour caractériser l’usure aux échelles mésoscopiques et microscopiques. Un appareil portable utilisant cette méthode est alors développé pour analyser en détail l’usure des pièces de concasseurs directement en environnement industriel. Des indicateurs morphologiques sont calculés pour chaque échelle à partir des données obtenues. Une base de données est implémentée afin d’organiser au mieux les différentes données récoltées de nature et d’échelle différentes, et de corréler les usures des différentes échelles.

As part of the french SOFT-DEFIS project, this work aims to contribute to the development of a numerical tool predicting the formation of equiaxed and columnar solidification structures, as well as the transition zone and associated chemical segregations during large steel ingots casting. Until now, models generally use the finite volume method. A first model based on the finite element method has been proposed but limited to equiaxed solidification. The latter is extended to model both columnar and equiaxed structures. A Level-Set method is applied in order to follow the growth of the columnar front. Its velocity is calculated using a growth kinetics model developed for dendritic microstructures. Equiaxed grains develop in the undercooled liquid ahead of the columnar front and can be transported. Two sources of equiaxed grains are modeled : heterogeneous germination as well as fragmentation. The model considers the dendritic morphology for the two microstructures. A solutal blocking criterion is used to predict the position of the columnar-to-equiaxed transition.The conservation equations are solved using a splitting method separating the two stages of transport and growth. 2D and 3D simulations of small ingots serve as test for the different parts of the model. Finally, the model is applied at thescale of industrial ingots to predict the evolution of developed structures and segregated zones, in comparison with the experimental analyzes of the project partners.; Intégré au projet national FUI SOFT-DEFIS, une activité de recherche a été réalisée visant à contribuer au développement d'un outil numérique prédisant la formation des structures de solidification équiaxe et colonnaire, ainsi que la zone de transition et les ségrégations chimiques associées dans la coulée des gros lingots en acier. Jusqu'à présent, les modèles utilisent généralement la méthode des volumes finis. Un premier modèle basé sur la méthode des éléments finis a été proposé mais limité à la solidification équiaxe. Ce dernier est étendu, dans ce projet de recherche, pour modéliser à la fois les structures colonnaires et équiaxes. Une méthode Level Set est appliquée afin de suivre la croissance du front colonnaire. Sa vitesse est calculée à l'aide d'un modèle de cinétique de croissance développé pour les microstructures dendritiques. Les grains équiaxes se développent dans le liquide en surfusion devant le front colonnaire et peuvent être transportés. Deux sources des grains équiaxes sont modélisés : la germination hétérogène ainsi que la fragmentation. Le modèle considère la morphologie dendritique pour les deux microstructures. Un critère de blocage solutal est utilisé pour prédire la position de la transition colonnaire-équiaxe. Les équations de conservation sont résolues en utilisant une méthode de splitting séparant les deux étapes de transport et croissance. Des simulations 2D et 3D ont permis de tester les différentes briques du modèle pour des petits lingots. Le modèle est appliqué, enfin, à l'échelle des lingots industriels pour prédire l'évolution des structures développées et des zones ségrégées, en comparaison avec les analyses expérimentales des partenaires du projet.

As part of the french SOFT-DEFIS project, this work aims to contribute to the development of a numerical tool predicting the formation of equiaxed and columnar solidification structures, as well as the transition zone and associated chemical segregations during large steel ingots casting. Until now, models generally use the finite volume method. A first model based on the finite element method has been proposed but limited to equiaxed solidification. The latter is extended to model both columnar and equiaxed structures. A Level-Set method is applied in order to follow the growth of the columnar front. Its velocity is calculated using a growth kinetics model developed for dendritic microstructures. Equiaxed grains develop in the undercooled liquid ahead of the columnar front and can be transported. Two sources of equiaxed grains are modeled : heterogeneous germination as well as fragmentation. The model considers the dendritic morphology for the two microstructures. A solutal blocking criterion is used to predict the position of the columnar-to-equiaxed transition.The conservation equations are solved using a splitting method separating the two stages of transport and growth. 2D and 3D simulations of small ingots serve as test for the different parts of the model. Finally, the model is applied at thescale of industrial ingots to predict the evolution of developed structures and segregated zones, in comparison with the experimental analyzes of the project partners.; Intégré au projet national FUI SOFT-DEFIS, une activité de recherche a été réalisée visant à contribuer au développement d'un outil numérique prédisant la formation des structures de solidification équiaxe et colonnaire, ainsi que la zone de transition et les ségrégations chimiques associées dans la coulée des gros lingots en acier. Jusqu'à présent, les modèles utilisent généralement la méthode des volumes finis. Un premier modèle basé sur la méthode des éléments finis a été proposé mais limité à la solidification équiaxe. Ce dernier est étendu, dans ce projet de recherche, pour modéliser à la fois les structures colonnaires et équiaxes. Une méthode Level Set est appliquée afin de suivre la croissance du front colonnaire. Sa vitesse est calculée à l'aide d'un modèle de cinétique de croissance développé pour les microstructures dendritiques. Les grains équiaxes se développent dans le liquide en surfusion devant le front colonnaire et peuvent être transportés. Deux sources des grains équiaxes sont modélisés : la germination hétérogène ainsi que la fragmentation. Le modèle considère la morphologie dendritique pour les deux microstructures. Un critère de blocage solutal est utilisé pour prédire la position de la transition colonnaire-équiaxe. Les équations de conservation sont résolues en utilisant une méthode de splitting séparant les deux étapes de transport et croissance. Des simulations 2D et 3D ont permis de tester les différentes briques du modèle pour des petits lingots. Le modèle est appliqué, enfin, à l'échelle des lingots industriels pour prédire l'évolution des structures développées et des zones ségrégées, en comparaison avec les analyses expérimentales des partenaires du projet.

Within nuclear facilities, several fires with the implication of cable trays has been reported. The fire behavior of those cable trays is unknown while inside the nuclear structures there are thousands of kilometers of electric cable trays. The main aim is to develop an experimental model based on analytic relations that can characterize the ignition and fire spreading along an electric cable tray. The first part of this thesis has been devoted to study the analytic relations at a small scale for electric cables. Experiments on a calorimeter cone were performed with the aim to determine the ignition time, then on a simple cable device for the fire spreading. In the second part an experimental study has been carried out on a new experimental device named CISCCO (Cable Ignition and Spreading under Controlled Conditions) after its qualification. Ignition time and flame spread rate have been obtained and compared to those predicted by Quintiere equations. Ignition times could be correctly estimated. Flame spread rate on PVC cable was also well predicted while some mismatches were observed with halogen free cables., Au sein des infrastructures nucléaires, un nombre non négligeable de cas d'incendies impliquant les câbles électriques des installations a été recensé. Le comportement au feu de ces chemins de câbles est peu connu or il existe plusieurs milliers de kilomètres de câbles dans ces installations. Le but de cette thèse est donc de développer et valider des relations analytiques permettant de caractériser l'inflammation et la propagation du feu d'un chemin de câbles électriques afin de les implémenter par la suite dans un code de calcul pour prédire ces phénomènes. Une première phase de la thèse est consacrée à l'étude de ces relations à petite échelle pour des câbles électriques avec retardateurs de flamme sans halogène et avec halogène. Des expérimentations ont été réalisées au cône calorimètre pour caractériser l’inflammation et sur un dispositif pour câble unique pour caractériser la propagation de flamme. Des relations ont été établies entre le comportement au feu des câbles, la nature des matériaux polymères constituant les gaines et les mécanismes de dégradation impliqués. Dans une seconde phase, des expérimentations à moyenne échelle sont réalisés à l’aide d’un nouvel appareil expérimental nommé CISCCO (Cable Ignition and Spreading under Controlled Conditions) après qualification de ce dernier. Les temps d’ignition et vitesse de propagation ont été mesurées et comparées à ceux prédits par le modèle de Quintiere. Les temps d’ignition sont correctement décrits. Les vitesses de propagation sont, quant à elles, bien simulées pour le chemin de câbles PVC tandis que des écarts sont observés pour les câbles sans halogène.

A questão da infraestrutura dos transportes na Gran Amazonía envolve uma complexidade de atores e dimensões socioespaciais que conferem um destacado papel a essa imensa região diante de múltiplas escalas de ações e impactos que a transformam de modo sem precedentes neste século. O texto examina o avanço recente dos investimentos estrangeiros em grandes projetos e empreendimentos ligados ao setor de transportes, ao lado das demandas internas e locais por circulação e acessibilidade, um quadro que envolve objetivos nem sempre convergentes, impasses e conflitos ainda pouco analisados nessas escalas. A abordagem adotada considera todas as escalas em jogo, mas deliberadamente destaca a importância da escala regional, posto que esta é cada vez mais decisiva na compreensão da complexidade inerente à questão das infraestruturas na Amazônia. Ao realçar a posição atual da região na logística internacional e o papel das infraestruturas de circulação no desenvolvimento local, considera-se que a escala regional se associa direta e indiretamente às demais, iluminando realidades de múltiplas dimensões espaciais que compõem o processo de integração física amazônica e subcontinental. Releva-se, assim, uma visão mais integrada e estratégica dos transportes na Gran Amazonía diante de impasses que penetram fronteiras e de oportunidades de desenvolvimento que poderiam ser mais bem aproveitadas na região e na própria América do Sul. The issue of transport infrastructure in Gran Amazonía involves a complexity of actors and socio-spatial dimensions that give this immense region a prominent role in the face of multiple scales of actions and impacts that transform it in an unprecedented way in this century. The text examines the recent advance of foreign investments in large projects and undertakings linked to the transport sector, alongside the internal and local demands for circulation and accessibility, a framework that involves objectives that are not always convergent, deadlocks and conflicts that have not yet been analyzed on these scales. The approach adopted considers all scales at stake, but deliberately highlights the importance of the regional scale, since this is increasingly decisive in understanding the complexity inherent to the question of infrastructure in the Amazon. By highlighting the region's current position in international logistics and the role of circulation infrastructures in local development, it is considered that the regional scale is directly and indirectly associated with the others, illuminating realities of multiple spatial dimensions that make up the process of Amazonian physical integration and subcontinental. Thus, a more integrated and strategic vision of transport in Gran Amazonía is highlighted in the face of impasses that penetrate borders and development opportunities that could be better used in the region and in South America itself. La question des infrastructures de transport dans la Gran Amazonía implique une complexité d'acteurs et de dimensions socio-spatiales qui donnent à cette immense région un rôle de premier plan face à de multiples échelles d'actions et d'impacts qui la transforment de manière inédite au cours de ce siècle. Le texte examine l'avancée récente des investissements étrangers dans les grands projets et entreprises liés au secteur des transports, aux côtés des demandes internes et locales de circulation et d'accessibilité, un cadre qui implique des objectifs pas toujours convergents, des blocages et des conflits qui n'ont pas encore été analysés à ces échelles. L'approche adoptée prend en compte toutes les échelles en jeu, mais met délibérément en évidence l'importance de l'échelle régionale, car elle est de plus en plus déterminante pour comprendre la complexité inhérente à la question des infrastructures en Amazonie. En mettant en évidence la position actuelle de la région dans la logistique internationale et le rôle des infrastructures de circulation dans le développement local, on considère que l'échelle régionale est directement et indirectement associée aux autres, éclairant des réalités aux multiples dimensions spatiales qui composent le processus d'intégration physique amazonienne. et sous-continentale. Ainsi, une vision plus intégrée et stratégique du transport dans la Gran Amazonía est mise en avant face aux impasses qui pénètrent les frontières et aux opportunités de développement qui pourraient être mieux utilisées dans la région et en Amérique du Sud même.

In this thesis, we study a phenomenon that may be responsible for our memory capacity: the synaptic plasticity. It modifies the links between neurons over time. This phenomenon is stochastic: it is the result of a series of diverse and numerous chemical processes. The aim of the thesis is to propose a model of plasticity for interacting spiking neurons. The main difficulty is to find a model that satisfies the following conditions: it must be both consistent with the biological results of the field and simple enough to be studied mathematically and simulated with a large number of neurons.In a first step, from a rather simple model of plasticity, we study the learning of external signals by a neural network as well as the forgetting time of this signal when the network is subjected to other signals (noise). The mathematical analysis allows us to control the probability to misevaluate the signal. From this, we deduce explicit bounds on the time during which a given signal is kept in memory.Next, we propose a model based on stochastic rules of plasticity as a function of the occurrence time of the neural electrical discharges (Spike Timing Dependent Plasticity, STDP). This model is described by a Piecewise Deterministic Markov Process (PDMP). The long time behaviour of such a neural network is studied using a slow-fast analysis. In particular, sufficient conditions are established under which the process associated with synaptic weights is ergodic. Finally, we make the link between two levels of modelling: the microscopic and the macroscopic approaches. Starting from the dynamics presented at a microscopic level (neuron model and its interaction with other neurons), we derive an asymptotic dynamics which represents the evolution of a typical neuron and its incoming synaptic weights: this is the mean field analysis of the model. We thus condense the information on the dynamics of the weights and that of the neurons into a single equation, that of a typical neuron.; Dans cette thèse nous étudions un phénomène susceptible d’être responsable de notre capacité de mémoire: la plasticité synaptique. C’est le changement des liens entre les neurones au cours du temps. Ce phénomène est stochastique: c’est le résultat d’une suite de divers et nombreux mécanismes chimiques. Le but de la thèse est de proposer un modèle de plasticité pour des neurones à décharge en interaction. La principale difficulté consiste à trouver un modèle qui satisfait les conditions suivantes: ce modèle doit être à la fois cohérent avec les résultats biologiques dans le domaine et assez simple pour être étudié mathématiquement et simulé avec un grand nombre de neurones.Dans un premier temps, à partir d’un modèle assez simple de plasticité, on étudie l’apprentissage de signaux extérieurs par un réseau de neurones ainsi que le temps d’oubli de ce signal lorsque le réseau est soumis à d’autres signaux (bruit). L’analyse mathématique nous permet de contrôler la probabilité d’une mauvaise évaluation du signal. On en déduit un minorant du temps de mémoire du signal en fonction des paramètres.Ensuite, nous proposons un modèle basé sur des règles stochastiques de plasticité fonction du temps d’occurrence des décharges électriques neurales (STDP en anglais). Ce modèle est décrit par un Processus de Markov Déterministe par Morceaux (PDMP en anglais). On étudie le comportement en temps long d’un tel réseau de neurones grâce à une analyse lent-rapide. En particulier, on trouve des conditions suffisantes pour lesquelles le processus associé aux poids synaptiques est ergodique.Enfin, nous faisons le lien entre deux niveaux de modélisation: l’approche microscopique et celle macroscopique. À partir des dynamiques présentées d’un point de vu microscopique (modèle du neurone et son interaction avec les autres neurones), on détermine une dynamique limite qui représente l’évolution d’un neurone typique et de ses poids synaptiques entrant: c’est l’analyse champ moyen du modèle. On condense ainsi l’information sur la dynamique des poids et celle des neurones dans une seule équation, celle d’un neurone typique.

The spectral signatures of the materials contained in hyperspectral images, also called endmembers (EMs), can be significantly affected by variations in atmospheric, illumination or environmental conditions typically occurring within an image. Traditional spectral unmixing (SU) algorithms neglect the spectral variability of the endmembers, what propagates significant mismodeling errors throughout the whole unmixing process and compromises the quality of the estimated abundances. Therefore, significant effort have been recently dedicated to mitigate the effects of spectral variability in SU. However, many challenges still remain in how to best explore a priori information about the problem in order to improve the quality, the robustness and the efficiency of SU algorithms that account for spectral variability. In this thesis, new strategies are developed to address spectral variability in SU. First, an (over)-segmentation-based multiscale regularization strategy is proposed to explore spatial information about the abundance maps more effectively. New algorithms are then proposed for both semi-supervised and blind SU, leading to improved abundance reconstruction performance at a small computational complexity. Afterwards, three new models are proposed to represent spectral variability of the EMs in SU, using parametric, tensor, and neural network-based representations for EM spectra at each image pixel. The parametric model introduces pixel-dependent scaling factors over a reference EM matrix to model arbitrary spectral variability, while the tensor-based representation allows one to exploit the high-dimensional nature of the data by means of its underlying low-rank structure. Generative neural networks (such as variational autoencoders or generative adversarial networks) finally allow one to model the low-dimensional manifold of the spectral signatures of the materials more effectively. The proposed models are used to devise three new blind SU algorithms, and to perform data augmentation in library-based SU. Finally, we provide a brief overview of work which extends the proposed strategies to new problems in SU and in hyperspectral image analysis. This includes the use of the multiscale abundance regularization in nonlinear SU, modeling spectral variability and accounting for sudden changes when performing SU and change detection of multitemporal hyperspectral images, and also accounting for spectral variability and changes in the multimodal (i.e., hyperspectral and multispectral) image fusion problem.; Les signatures spectrales des composants constitutifs présents dans les images hyperspectrales peuvent être significativement affectées par les variations des conditions atmosphériques, d'illumination ou d'environnement se produisant typiquement dans une image. Les algorithmes traditionnels de démélange spectral (Spectral Unmixing - SU) négligent la variabilité spectrale des composants constitutifs, ce qui propage des erreurs importantes tout au long du processus de démélange et compromet la qualité des abondances estimées. Par conséquent, des efforts importants ont été récemment consacrés à atténuer les effets de la variabilité spectrale dans les procédures de démélange. Cependant, de nombreux défis restent à relever pour savoir comment exploiter au mieux les informations a priori sur le problème afin d'améliorer à la fois la qualité et la robustesse des algorithmes de SU qui tiennent compte de la variabilité spectrale des composants. Dans cette thèse, de nouvelles stratégies sont développées pour aborder cette variabilité spectrale. Premièrement, une stratégie de régularisation multi-échelles basée sur la (sur)-segmentation des images est proposée pour explorer plus efficacement les informations spatiales sur les abondances. De nouveaux algorithmes sont ensuite proposés pour le démélange spéctral semi-supervisé et non-supervisé, ce qui se traduit par une amélioration des performances de reconstruction des abondances avec une complexité de calcul réduite. Ensuite, trois nouveaux modèles sont proposés pour représenter la variabilité spectrale des composants constitutifs, en utilisant des représentations paramétriques, tensorielles et basées sur des réseaux neuronaux pour les spectres de ces composants en chaque pixel de l'image. Le modèle paramétrique introduit des facteurs multiplicatifs dépendant des pixels dans une matrice des composants de référence pour modéliser une variabilité spectrale arbitraire, tandis que la représentation basée sur un tenseur permet d'exploiter la grande dimension des données en exploitant sa structure de rang faible sous-jacente. Les réseaux de neurones génératifs (tels que les variational autoencoders ou les generative adversarial networks) permettent enfin de modéliser la variété de faible dimension des signatures spectrales des matériaux, directement à partir des données observées. Les modèles proposés sont utilisés dans la conception de quatre nouveaux algorithmes de démélange non-supervisés et semi-supervisés. Enfin, nous donnons un bref aperçu des travaux qui étendent les stratégies proposées dans la thèse à de nouveaux problèmes en démélange et en dans l'analyse d'images hyperspectrales. Cela comprend l'utilisation de la régularisation d'abondance multi-échelles en démélange spectral non-linéaire, la modélisation de la variabilité spectrale, la prise en compte des changements soudains lors du démélange et la détection des changements dans les images hyperspectrales multitemporelles, ainsi que la prise en compte de la variabilité spectrale et des changements dans le problème de fusion d'images hyperspectrales et multispectrales.

Research has entered a data-intensive era. The growing quantity of scientific information challenges several application domains. That happens notably for the simulation science, where huge data volumes create bottlenecks in high-performance computing workflows. Several data reduction methods are currently being developed as potential answersWe focus on geological modeling and reservoir simulation workflows. Geoscience models are composed of heterogeneous information, including mesh geometry and petrophysical properties, and may contain several millions of cells. Upscaling and upgridding techniques are commonly used for simulation time reduction. Yet there are often ad-hoc, and do not fully answer all the data manipulation needs: visualization, storage and ultimately well production prediction at the appropriate resolution and precision.We propose in this work a comprehensive methodology with refinable resolution and precision based on HexaShrink, a wavelet multiscale decomposition. We assess its performance on size reduction and visual relevance with lossless and lossy compression in a benchmark of meshes using entropy and zerotree coders.We also extensively test the impact of refinable resolution and precision on simulation. We specifically designed case-studies based on Lundi, a representative model of different geological environments. Results compare positively with state-of-the-art coders SZ and ZFP, by designing objective performance metrics that correlate well to subjection reservoir production assessment. Finally, we designed a complete workflow including a shareable mesh (Lundi, to be released as open data), designed for simulation in reservoir engineering. This model (meant to serve as a benchmark) can be processed by our multiscale decomposition, and then compressed by different encoders (lossless, or progressive/lossy) and compared to alternative compression methods. The resulting compressed meshes, generated at refinable resolution and precision, can be processed, and their quality can be evaluated at several steps of a simulation workflow.; La recherche est entrée dans une ère marquée par l'utilisation intensive des données. La quantité croissante d'informations scientifiques pose un défi dans plusieurs domaines d'application. C'est le cas notamment en simulation, où l’utilisation d'énormes volumes de données créent des goulets d'étranglement lors de calculs haute performance. Plusieurs méthodes de réduction des données sont actuellement à l'essai pour tenter de résoudre ce problème.Dans ce travail, nous nous concentrons sur la modélisation géologique et le worflow de simulation en ingénierie réservoir. En géosciences, les modèles sont composés d'informations hétérogènes, notamment la géométrie du maillage et les propriétés pétrophysiques. Ces derniers peuvent contenir jusqu’à plusieurs millions de cellules. Des techniques d'upscaling/upgridding sont couramment utilisées pour réduire le temps de simulation. Pourtant, elles sont souvent ad hoc et ne répondent pas entièrement à tous les besoins de manipulation des données : visualisation, stockage, et génération d’une donnée à résolution et précision adaptées pour la simulation.Nous proposons une méthodologie complète permettant un raffinement en résolution et en précision, basée sur HexaShrink, un outil de décomposition multi-échelle basé sur les ondelettes. Nous évaluons ses capacités de compression sans pertes puis avec pertes en le combinant avec des codeurs entropiques génériques et évolués (type "zerotree") , ainsi que sa pertinence visuelle en appliquant la méthode sur une collection de maillages représentatifs.Nous testons aussi de manière approfondie l'impact du raffinement de la résolution et de la précision sur la simulation. Tous nos tests de simulation ont été réalisés sur Lundi, un modèle représentatif de différents environnements géologiques, généré spécifiquement pour ce travail. Les résultats se comparent positivement aux codeurs de référence SZ et ZFP, en définissant des métriques d'évaluation objectives corrélées aux évaluations subjectives des résultats de simulation réservoir.

The more stringent regulation about aeronautical engines emission posed by ICAO requires always more predictive design tools. The droplets diameter distribution produced during the atomization process is a key parameter in order to predict the pollutant emission released during the combustion process. Thus the study of the atomization phenomenon with itsmulti-scale nature is a relevant and an important challenge. For this reason the objective of this work are: first to review the existent models in the literature to understand their key features in order to define a classification that gives guidelines on the modeling choices; second to apply industrial oriented approaches on an aeronautical configuration, in order to propose an improvement of the available design tools. A systematic classification of the models is done with respect to the length-scale considered to represent the interface characteristics. From this point of view, it is possible to distinguish two kinds of approaches: the separated phases representation and the mixed phases representation. The diffuse interface approaches belongs on the second category together with many other approaches, compressible and incompressible, that share the same characteristic: they considers a mixture that contains both phases. An air-assisted liquid sheet configuration has been built to test different models in order to define a metric of comparison. Two different models using the sharp interface approach (ARCHER and InterFoam ), two models using the diffuse interface approach (CEDRE and ELSA ) and an hybrid model (ICMelsa ) have been considered on this test case. A comparison on two parts, based on statistical quantities, has been proposed. A fist part called "classical study", compare the first order statistics showing that all approaches lead to very similar results, as soon as certain level of mesh resolution is achieved. At the contrary the second order statics present noticeable differences. These results motivate a second part called "phase analysis" to study the link between the small scale representation of the interface and the second-order statics. In particular, the phase marker variance and the associated segregation level are found to be sensible indicators of the interface description. A 1D signal analysis shows that they can be used to detect any departure from the separated phases representation.Then the importance of the phase indicator variance is demonstrated on other second-order statistics: Reynolds stress components and turbulent liquid flux. Thus, second-order statistics are partly described with direct mixed phases representations and require complementary model to be fully recovered. A first attempt, based on a linear approach, is proposed to model the level of segregation of mixed phases representation. It is based on the filtering of a fully segregated signal at a given scale. In a second part of this thesis, an industrial test case (a pressure swirling injector) proposed by SAFRAN Aircraft Engines is studied. Three industrial oriented models, among those studied in the first part, have been applied to simulate this injector flow (InterFoam , ELSA , ICMelsa). Their present numerical approaches are able to work with complex geometries, with a computational effort representative of the industrial current standards. The results of the three models (liquid film thickness, breakup length and Sauter Mean Diameter) have been compared with respect to the available experimental data. Eventually, a proposal to improve the ICMelsa model multi-scale have been successfully tested on the liquid sheet configuration and implemented to further improve the results of the SAFRAN Aircraft Engines industrial case. These results have shown that we are very close to predict the characteristics of a spray produced by a real aeronautical injection system., La réglementation plus stricte sur les émissions des moteurs aéronautiques posée par l’OACI nécessite des outils de conception toujours plus prédictifs. La distribution des diamètres des gouttelettes produites pendant le processus de combustion est un paramètre clé pour prédire les émissions de polluants libérées pendant le processus de combustion. L’étude du phénomène d’atomisation avec son caractère multi-échelles est donc un défi pertinent et important. Pour cette raison, les objectifs de cette étude sont: tout d’abord de passer en revue les modèles existants dans la littérature, pour comprendre leurs caractéristiques clés, afin de définir une classification qui donne des lignes directrices sur les choix de modélisation; deuxièmement, d’appliquer des approches plus compatibles avec les problématiques industrielles du secteur sur une configuration aéronautique, afin de proposer une amélioration des outils de conception disponibles. Une classification systématique des modèles est effectuée par rapport à l’échelle de longueur considérée pour représenter les caractéristiques de l’interface. De ce point de vue, il est possible de distinguer deux types d’approches: la représentation des phases séparées et la représentation des phases mixtes. Les approches diffuse interface appartiennent à la seconde catégorie avec de nombreuses autres approches, compressibles et incompressibles, qui partagent la même caractéristique: elles considèrent un mélange qui contient les deux phases. Une configuration de nappe de liquide assistée par air a été conçue pour tester différents modèles afin de définir une mesure de comparaison. Deux représentations différentes de l’approche sharp interface (ARCHER et InterFoam ), deux représentations de l’approche diffuse interface (CEDRE et ELSA ) et un modèle hybride (ICMelsa ) ont été considérés dans cette étude. Une comparaison en deux parties basée sur des quantités statistiques a été proposée. Une première partie appelée "étude classique", compare les statistiques du premier ordre montrant que toutes les approches conduisent à des résultats très similaires dès qu’un certain niveau de résolution de maillage est atteint. Au contraire, les secondes statistiques présentent des différences notables. Ces résultats motivent une deuxième partie appelée «analyse de phase» pour étudier le lien entre la représentation à petite échelle de l’interface et la statique du second ordre. En particulier, la variance du marqueur de phase et le niveau de ségrégation associé se révèlent être des indicateurs sensibles de la description del’interface. Une analyse de signal 1D montre qu’ils peuvent être utilisés pour détecter toutécart par rapport à la représentation des phases séparées, puis l’importance de la variance de l’indicateur de phase est démontrée sur d’autres statistiques de second ordre: les composantes de contrainte de Reynolds et le flux de liquide turbulent. Ainsi, les statistiques du second ordre sont partiellement décrites avec des représentations directes de phases mixtes et nécessitent un modèle complémentaire pour être entièrement récupérées. Une première tentative, basée sur une approche linéaire, est proposée pour modéliser le niveau de ségrégation de la représentation des phases mixtes, construit en filtrant un signal totalement ségrégé à une échelle donnée., Le normative più rigorose sulle emissioni dei motori aeronautici poste dall’ICAO, richiedono strumenti di progettazione sempre più predittivi. La distribuzione dei diametri delle droplets prodotte durante il processo di atomizzazione è un parametro chiave per predire l’emissione di inquinanti rilasciati durante il processo di combustione. Lo studio del fenomeno di atomizzazione con la sua natura multi scala diventa una sfida rilevante. Per questo motivo, gli obiettivi di questo lavoro sono: in primo luogo una revisione dei modelli esistenti in letteratura per comprenderne le caratteristiche chiave al fine di definire una classificazione che dia delle linee guida sulle scelte di modellistica; in secondo luogo applicare approcci orientati all’industria ad una configurazione aeronautica, al fine di proporre un miglioramento degli strumenti di progettazione disponibili al giorno d’oggi. Nella prima parte del PhD proponiamo una classificazione sistematica dei modelli rispetto alla scala di lunghezza considerata per rappresentare l’interfaccia. Da questo punto di vista, è possibile distinguere due tipi di approccio: una rappresentazione a fasi separate e una rappresentazione delle fasi miste. Gli approcci a interfaccia diffusa appartengono alla seconda categoria insieme a molti altri approcci (che ricorrano ad un approccio comprimibile o incomprimibile) che condividono la stessa caratteristica: considerano una miscela che contiene entrambe le fasi. È stata realizzata una configurazione air-assisted liquid sheet per testare diversi modelli al fine di definire una metrica di confronto. In questo caso per i test sono stati considerati due diversi modelli che utilizzano l’approccio sharp interface (ARCHER e InterFoam ), due modelli che utilizzano l’approccio a interfaccia diffusa (CEDRE e ELSA ) e un modello ibrido (ICMelsa ). È stato proposto un confronto su due parti, basato su statistiche di diversa natura. Una prima parte chiamata "studio classico", confronta le statistiche del primo ordine, le quali mostrano che tutti gli approcci portano a risultati molto simili non appena viene raggiunto un certo livello di risoluzione della mesh. Al contrario, le statistiche di secondo ordine presentano notevoli differenze. Questi risultati motivano una seconda parte dello studio, chiamata "analisi di fase" sviluppata per studiare il legame tra le piccole scale dell’interfaccia e le statiche di secondo ordine. In particolare, la varianza del marker di fase e il livello di segregazione associato si trovano ad essere indicatori sensibili alla descrizione dell’interfaccia. Un’analisi di un segnale 1D mostra che questi due indicatori possono essere utilizzati per rilevare qualsiasi deviazione dalla rappresentazione a fasi separate. successivamente l’importanza della varianza del marker di fase è dimostrata su altre statistiche di secondo ordine: componenti del tensore degli sforzi di Reynolds e flusso liquido turbolento. Pertanto, le statistiche di secondo ordine che sono descritte con una rappresentazione a fasi miste richiedono un modello complementare per essere completamente recuperate. Un primo tentativo, basato su un approccio lineare, è proposto per modellare il livello di segregazione della rappresentazione a fasi miste. Si basa sul filtraggio di un segnale completamente separato su una data scala. In una seconda parte della tesi viene studiato un caso industriale (un iniettore di tipo swirling) proposto dall’azienda SAFRAN Aircraft Engines . Per simulare il flusso prodotto da questo iniettore sono stati applicati tre modelli (con un approccio industriale) tra quelli studiati nella prima parte (InterFoam , ELSA , ICMelsa ).

Pour optimiser la stabilité d'une émulsion, une investigation multi-échelle est nécessaire. Les moyens préventifs classiques d'étude se font par l'analyse de l'inversion de phase (H/E ou E/H) ou par le changement de paramètres, tels que la composition, le procédé d'émulsification et les conditions environnementales. Ce travail consiste en une étude préliminaire multiphysique et multi échelle, par un changement d'ordre d'introduction des phases. Les caractéristiques mécaniques et électriques sont étudiées à deux échelles d'investigation par deux nouvelles techniques : rhéologie ultrasonore et impédancemétrie radiofréquence. La comparaison des caractéristiques, macroscopiques et mésoscopiques, cherche à identifier les grandeurs d'influence précurseurs d'une (in)stabilité.

The goal of this work is to control the damping of the first modes of the fan blade during the design phase.A numerical method for the viscoelastic homogenization of 3D woven composite materials is developed. Two homogenizations are made, at the yarn's scale and at the woven one. The complex modulus of the resin, the elastic properties of the yarns and the geometry of the microstructure allow a characterization of the damping in frequency and temperature. The matrix formulation of the homogenization, for a finite element implementation, allowed the use of model reduction techniques in parametric studies on the viscoelastic properties of the composite's constituents.A comparison of the numerical predictions with the modal damping obtained by modified Oberst test, for low frequencies and a range of temperature between -40°C and 120°C, provided coherent results in terms of absolute values and trends. These tests also show areas of stress gradient which are small compared to the weaving pattern size motivating the introduction of a verification methodology of the scale separation hypothesis at different wavelengths. The definition of the elastic and dissipated energy fractions by decomposition of the constitutive law into singular values allows an analysis of the main contributions to the damping at both 3D woven and fan blade scale.The insertion of a hybridized 3D woven composite with elastomer tows within the fan blade is proposed in order to increase the modal damping of the first flexion. A spatial study of the areas dissipating the most energy is performed to optimize the placement of the hybrid weaving pattern., L'objectif de cette thèse est la maitrise de l'amortissement des premiers modes d'aube de soufflante dès la phase de conception.Une chaine numérique pour l'homogénéisation viscoélastique des matériaux composites tissés 3D est mise en place. Deux homogénéisations sont réalisées à l'échelle du toron et de l'armure tissée 3D. Le module complexe de la résine, les propriétés élastiques des fibres et la géométrie de la microstructure, permettent une prédiction de l'amortissement en fréquence et en température. La formulation matricielle de l'homogénéisation, adaptée à l'implémentation éléments finis, permet le recours à des techniques de réduction de modèle lors d'études paramétriques sur les propriétés viscoélastiques des constituants.Une confrontation des prédictions numériques avec l'amortissement modal obtenu par essai Oberst modifié, pour de basses fréquences et des températures comprises entre -40°C et 120°C, fournit des résultats cohérents en valeurs et en tendance. Ces essais montrent des zones de gradient en contrainte qui sont petites par rapport à la taille de la mésostructure, motivant l'introduction d'une méthodologie de vérification de l'hypothèse de séparation des échelles à différentes longueurs d'onde. La définition de fractions d'énergie élastique et dissipée par décomposition de la loi de comportement en valeurs singulières permet une analyse des contributions importantes à l'amortissement à l'échelle du tissé 3D et à celle de l'aube.L'insertion d'une mésostructure hybridée avec des joncs élastomères au sein de l'aube de soufflante est proposée afin d'augmenter l'amortissement modal de la première flexion. Une étude spatiale des zones dissipant le plus d'énergie est effectuée pour optimiser le placement de l'armure hybride.

The procurement of crude oil for refineries consists in purchasing crude oil and having it delivered on time, to ensure the operation of the refineries. This part of the oil supply chain is essential as the characteristics of the crude oil purchased greatly influences the type of products a refinery will yield.One key particularity of the crude oil procurement is the delay that exists between the moment a crude oil shipment is purchases and the moment it is delivered to a refinery. Each refinery works at a monthly scale. We consider that crude oil arrives at the beginning of each month and then a consumption is set for the month. The task of the decision maker is to decide these shipments by making weekly purchase decision every week of the two preceding months. Up until now, the decision-making of crude procurement relied on a tool simulating the operations of a refinery and the resolution of a static deterministic optimization problem.In this thesis, we start by purchasing crude oil for a single month of operation of a refinery. To that end, we propose a model for the crude oil procurement that takes into account delivery delays. Then, we formulate multistage stochastic optimization problems as well as six purchase policies. The assessment of policies is carried out using a Monte-Carlo simulation as well using few historical scenarios. The conclusion is as much about the performances of the policies as it is about possible improvement paths to push the incorporation of uncertainties in purchase policies.Then, we extend the monthly procurement problem to a bimonthly problem. Purchases now target to operation months, and the stocks dynamics inside the refinery must be accounted for. Consequently, we adapt the policies from the monthly procurement problem to the bimonthly version. Numerical tests are still underway.Finally, we propose a procurement problem to manage a refinery during any number of months. While we show that this problem can be expressed as an optimal control problem, we develop a time blocks decomposition for multistage stochastic optimization problems that enables us to formulate a dynamic programming equation at the scale of the month instead of the week., L'approvisionnement en pétrole brut des raffineries consiste à commander du pétrole afin d'assurer le bon fonctionnement des raffineries. Cette étape est particulièrement importante pour un raffineur, car le type de pétrole acheté conditionne grandement les types de produits que les raffineries pourront produire. La particularité majeure de ce problème vient du délai qui existe entre le moment où un chargement de brut est acheté, et le moment où celui-ci arrive à une raffinerie. Chaque raffinerie a un fonctionnement mensuel ; au début de chaque mois, des cargaisons de pétrole brut arrivent au port et sont consommées dans le mois. Ce sont ces cargaisons que l'acheteur doit sélectionner avec une fréquence hebdomadaire, au cours des deux mois précédant la livraison. Jusqu'à présent, la prise des décisions d'achat reposait sur un outil modélisant le fonctionnement de la raffinerie et sur la résolution d'un problème statique déterministe. Dans cette thèse, nous nous attachons tout d'abord à l'approvisionnement d'une raffinerie pour un unique mois de fonctionnement. Pour cela, nous proposons un modèle de l'approvisionnement de pétrole brut qui prend en compte les délais de livraison. Ensuite, nous formulons un problème d'optimisation stochastique multi étapes et nous proposons six politiques d'achat permettant de résoudre ce problème. L'évaluation des politiques est faite à la fois sur une simulation de Monte-Carlo et sur un nom limité de scénarios historiques. Les conclusions que nous en tirons portent aussi bien sur les performances des politiques, que sur les axes de travail pour poursuivre la prise en compte d'incertitudes dans l'achat de brut. Ensuite, nous étendons le problème à un problème bimestriel. Les achats sont alors à gérer pour deux mois, avec un transfert des stocks du premier au second mois de gestion de la raffinerie. Nous adaptons alors les politiques de la première partie et le test de ces politiques est encore en cours. Enfin, nous proposons un modèle général d'approvisionnement qui reste au stade théorique. Il s'agit alors de gérer l'approvisionnement en brut d'une raffinerie pour que celle-ci fonctionne durant un nombre quelconque de mois. Si ce problème peut être mis sous la forme d'un problème de contrôle optimal, nous développons une approche par décomposition du temps qui nous permet d'écrire une équation de programmation dynamique non pas à la semaine, mais au mois.

Transparent electrodes are essential components in a huge variety of energy, lighting and heating devices with indium tin oxide being the most efficient and widely used so far. However, due the brittleness and scarcity of indium, an intensive research interest has emerged the last decade towards alternative transparent conductive materials (TCM). Metallic nanowire networks and especially silver nanowire (AgNW) networks appear to be one of the most promising among them, thanks to their excellent electrical and optical properties combined with their excellent mechanical performance and low cost fabrication. Despite the optimization of AgNW network fabrication methods and properties, there are still challenges to be tackled, in order to build a mature technology that can be successfully integrated into devices. The present PhD thesis focuses on the fundamental understanding of the physical phenomena that take place at both scales of nanowires and networks. Combining both experimental and modelling approaches, one of the main goals focuses on the origin of failure in AgNW networks during electrical stress. In situ measurements of the electrical resistance with a parallel recording of the spatial surface temperature by IR imaging are techniques that provide valuable information for the degradation mechanisms in a AgNW network. The simulation of the electrical distribution and power-induced heating offer a deeper understanding of the underlying physics and can be used to predict the networks electrical and heating performances. Moreover, an experimental study, conducted under simultaneous electrical and thermal stress, was useful for the successful integration of AgNW into devices. Based on these data, a physical model was proposed for the prediction of the time of failure, with its dependence with temperature, electrical current and AgNW network density (i.e. electrical resistance). Another crucial parameter that is investigated during this PhD thesis, is the presence of defects and the impact of networks non-homogeneity on the electrical distribution, the dynamics of failure and the surface temperature induced by Joule heating. Furthermore, the enhancement of the AgNW networks stability was successful with the network encapsulation by transparent, protective oxides developed in LMGP by Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposition (AP-SALD). The AP-SALD is now an emerging open air, low-cost and scalable deposition method and the resulting AgNW-oxide composites retain an excellent flexibility. Finally, during the present PhD thesis, the integration of AgNW networks in devices was studied in the framework of several collaborations and projects with scientific teams of laboratories in Grenoble and elsewhere. Transparent heaters (TH) are in the core of our research and biomedical lab-on-a-chip devices were thoroughly studied. In addition, the increasing interest of the TCM community to the TH, lead our team to write and publish recently a review-article on the topic, including all different technologies and the physics related to Joule heating and the associated applications. Another example of studied integration is the use of the AgNW embedded in polymer substrates, as stretchable electrodes for electrostatic or piezoelectric generators in energy harvesting devices. In the framework of ANR projects with laboratory and industrial partners, we studied the use of AgNWs in cold field emission for miniaturized X-ray sources and as transparent, flexible electrodes in organic photovoltaic. To conclude, the AgNW networks optimized electrical, optical and mechanical properties and their combination with other transparent thin films or 2D materials are highly promising, as well as the growing industrial interest for their implementation. During this PhD Thesis, potential pathways for the stability enhancement and the improvement of the integration into devices have been traced, by means of both experimental and modelling approaches., Les électrodes transparentes sont des composants essentiels au sein d’une grande variété de dispositifs, par exemple, chauffants ou liés à l’énergie et l'éclairage. L’oxyde d'indium et d'étain est le matériau le plus utilisé jusqu'à présent. Cependant, en raison de la fragilité et de la rareté de l'indium, un intérêt de recherche intensif a émergé au cours de la dernière décennie pour des matériaux conducteurs transparents (TCM) alternatifs. Les réseaux de nanofils métalliques, et surtout les réseaux de nanofils d'argent (AgNW), semblent être parmi les plus prometteurs, grâce à leurs très bonnes propriétés électriques et optiques, combinées à leurs excellentes performances mécaniques et à leur faible coût de fabrication. Malgré l'optimisation des réseaux AgNW, il reste des défis à relever pour mettre au point une technologie plus mature qui puisse être intégrée avec succès dans les dispositifs. La présente thèse de doctorat se concentre sur la compréhension fondamentale des phénomènes physiques qui ont lieu à l'échelle des nanofils et des réseaux. En combinant les approches expérimentales et de modélisation, l'un des principaux objectifs est de déterminer l'origine de l’instabilité des réseaux AgNW lors de contraintes électriques. Les mesures in situ de la résistance électrique avec une mesure parallèle de la température de surface spatiale par imagerie IR fournissent des informations précieuses pour les mécanismes de dégradation. La simulation de la distribution électrique et du chauffage induit par la puissance permet de mieux comprendre la physique sous-jacente et peut être utilisée pour prédire les performances électriques et de chauffage des réseaux. Sur la base de ces données, un modèle physique a été proposé estimant la durée de vie du réseau, et sa dépendance à la température, au courant électrique et à la densité du réseau AgNW. Un autre paramètre crucial qui est étudié est la présence de défauts et l'impact de la non-homogénéité des réseaux sur la distribution électrique, la dynamique de l’instabilité et la température de surface induite par le chauffage par effet Joule. De plus, la stabilité des réseaux AgNW a été grandement améliorée grâce à l'encapsulation des réseaux par des oxydes transparents et protecteurs développés au LMGP pour le dépôt de couches minces à pression atmosphérique grâce à l’ALD spatiale (AP-SALD). L'AP-SALD est désormais une méthode de dépôt à l'air, peu coûteuse et évolutive, et les composites d'oxydes AgNW qui en résultent conservent une excellente flexibilité. Enfin, l'intégration des réseaux AgNW dans les dispositifs a été étudiée grâce à plusieurs collaborations et projets avec des équipes scientifiques. Les films chauffants transparents (TH) ont été étudiés et intégrés à des dispositifs de laboratoire biomédical sur puce. De plus, nous avons récemment publié un article de synthèse sur les TH, incluant les différentes technologies et la physique liées au chauffage par effet Joule et aux applications associées. Un autre exemple d'intégration étudiée est l'utilisation des AgNW intégrés dans des substrats polymères, comme électrodes étirables pour les générateurs électrostatiques ou piézoélectriques dans les dispositifs de collecte d'énergie. Dans le cadre de projets ANR avec des partenaires de laboratoire et industriels, nous avons étudié l'utilisation des AgNW en émission de champ froide pour des sources de rayons X miniaturisées et comme électrodes transparentes et flexibles pour le photovoltaïque organique. En conclusion, les réseaux AgNW optimisés en termes de propriétés électriques, optiques et mécaniques et leur combinaison avec d'autres films minces transparents ou des matériaux 2D sont très prometteurs, ainsi que l'intérêt industriel croissant pour leur mise en œuvre. Au cours de cette thèse de doctorat, des pistes potentielles pour l'amélioration de la stabilité et de l'intégration dans les dispositifs ont été étudiées, au moyen d'approches expérimentales et de modélisation.

The objective of this doctoral thesis consists in the characterization of diffuse and localized deformations during monotonic loading of both isotropic and anisotropic porous sandstones. In particular, the kinematics of emerging and persistent strain localization structures are investigated in a combination of complementary experimental, analytical and numerical approaches, exploring the effect of different true triaxial loading paths in the octahedral plane.A series of experimental loading tests have been performed in a laboratory environment comprising a high pressure true triaxial apparatus (TTA), which is designed to provide access to full-field measurements of one of the sample surfaces at high spacial and temporal resolutions. Important developments contributed in this work enabled to extend the capabilities for this apparatus to perform invariant controlled loading paths, while acquiring direct strain measurements from a combination of strain gauges and digital image correlation (DIC). Using this apparatus, two experimental campaigns have been realized, focusing on the mechanical characterization of both a well-studied isotropic Vosges sandstone and a newly studied anisotropic Vosges sandstone. The later sandstone has been selected for the organization of its granular fabric in thin bedding plane layers of variable porosity. The results from these series of mechanical loading experiments contribute an original insight into the emergence and development of localized deformation during different stages of loading. A combined analysis is performed on the evolution of the macroscopic stress-strain responses, full-field measurements of incremental strains through DIC, as well as post-mortem x-ray tomography. Additionally, in this investigation exploring rarely considered loading paths, the independent role of the mean stress, the Lode angle and the orientation of the bedding planes is systematically studied according to their respective influence on the material strength, the manifestation of localized structures and the transition towards a ductile behavior of the material.In terms of analytical development, a bifurcation analysis is proposed for a novel three invariant model, validated with experimental results obtained for the isotropic sandstone. This theoretical model, proved to be successful in predicting both the deformation band inclination and the dilatancy angle of the material at failure.In parallel, a double scale model based on numerical homogenization is presented. In this approach, a macro 2D finite element model (FEM) is coupled to a micro 3D discrete element model (DEM) at the particle scale of a representative elementary volume (REV) in the frame of a hierarchical scheme (FEMxDEM), with second gradient regularization. This model is extended in the scope of this work to the study of cemented granular materials, with the development of a frictional-cohesive damageable contact law, implemented at the DEM level. In an extensive series of true triaxial loading simulations, the hierarchical numerical model is used to explore both the influence of different micro-structural arrangements (DEM) and heterogeneities at the sample scale (FEM). In this respect, two types of anisotropies resulting from heterogeneities defined at each scales are further investigated. The mechanical response and localized deformation, emerging from the micro-scale constitutive model, is shown to display significant correspondence with experimental observations in the studied Vosges sandstones.This combination of advanced experimental, analytical and numerical studies contributes a unique insight into important and open questions regarding the mechanical response and deformation processes of cemented granular materials, Ce travail de thèse s'intéresse à la caractérisation de la déformation diffuse et localisée dans les grès isotropes et anisotropes sous contrainte de chargement monotone. En particulier, la cinématique de la localisation émergente et continue est étudiée dans une approche à la fois expérimentale, analytique et numérique, explorant l'effet de différentes sollicitations triaxial vrai dans le plan octaédrique.Plusieurs séries d'essais expérimentaux ont été réalisées en laboratoire, au sein d'une cellule de chargement en triaxial vrai (TTA), permettant la mesure de champs cinématiques à haute résolution spatiale et temporelle à la surface de l'échantillon. D'importants développements apportés au court de ce travail de thèse ont permis l'implémentation de modes de chargement par contrôle des invariants du tenseur de contrainte, tout en mesurant les déformations en temps réel par combinaison de jauges de déformation et mesures par corrélation d'images numériques (DIC). Utilisant cet appareil expérimental, deux campagnes d'essais ont été réalisées, mettant l'emphase sur la caractérisation du comportement mécanique d'un grès des Vosges isotrope largement étudié, ainsi que d'un grès des Vosges anisotrope nouvellement étudié. Ce dernier grès ayant été sélectionné pour sa composition matérielle en plans de litage orienté et organisé en couches de différentes porosités. Les séries d'essais mécaniques sur ces grès fournissent un apport important à la compréhension du caractère émergent et évolutif de la localisation, à différents stades du chargement déviatoire. Le caractère unique ce ces essais permet ainsi une analyse comparative approfondie entre la réponse macroscopique en contrainte-déformation et l'analyse des champs cinématiques par la DIC, et par tomographie à rayons X post-mortem. De plus, explorant des chemins de contrainte encore peu étudiés, l'analyse des essais expérimentaux sur le rôle indépendant de la contrainte moyenne, de l'angle de Lode et de l’orientation des plans de litage apporte une contribution novatrice à l'étude du comportement mécanique des roches poreuses. En particulier, la résistance à la rupture du grès, la manifestation de la localisation , ainsi que la transition du comportement ductile sont étudiées sous différentes conditions de chargement.En ce qui a trait au développement analytique, une analyse en bifurcation est proposée pour un modèle original à trois invariants, validé dans le cas des essais expérimentaux obtenus pour le grès isotrope. La pertinence de ce modèle théorique est démontrée pour la prédiction de l'orientation des bandes de cisaillement et de l'angle de dilatance à la rupture.Parallèlement, un modèle double-échelle basé sur l'homogénéisation numérique est présenté. Dans cette approche combinée, un modèle macroscopique en 2D des éléments finis (FEM) est couplé à un modèle microscopique en 3D des éléments discrets (DEM), sur la base d'un volume élémentaire représentative (VER) et dans la cadre d'un système hiérarchique (FEMxDEM) comportant une régularisation par second gradient. Ce modèle est étendu dans la portée des présents travaux pour l'étude des matériaux granulaire cimentés, par le développement d'une loi frictionnelle-cohésive endommageable au niveau de la DEM. Dans une vaste étude numérique de simulations en conditions de chargement triaxial vrai, ce modèle hiérarchique est utilisé afin d'explorer l'effet de différents arrangements granulaire (DEM), ainsi que différentes distributions hétérogènes à l'échelle macroscopique (FEM). En ce sens, deux types d'anisotropies résultant de l'hétérogénéité, définie à chacune des échelles, sont davantage étudiés. La réponse mécanique et la déformation localisée, émergeant du modèle constitutif à l'échelle du VER, démontrent une bonne concordance des comportements mécaniques complexes par rapport aux résultats de l'étude expérimentale.

Irradiation assisted stress corrosion cracking (IASCC) of austenitic stainless steels (SS) has been reported for internals components of pressurized water reactor vessels in nuclear power plants since the 1980s-1990s. The underlying mechanisms of IASCC, for which intergranular (IG) cracking initiations are mostly reported, are not fully understood yet, as complex synergistic effects have to be considered and more physically-based prediction models are still required. In particular, localized plasticity, in the form of clear bands, is shown to trigger IG cracking in irradiated 316L SS exposed to either inert or water environments. In that context, simulations at two different scales are performed to provide physical insights for enhancing IG fracture initiation predictions. At the atomic scale, molecular dynamics simulations with a pure nickel EAM potential show the influence of stress multiaxiality over the behaviour of various bicrystals prone to either dislocation nucleation at grain boundary (GB) or GB decohesion. Finite element (FE) computations using crystalline elastoplascity are used for the assessment of IG stress fields at one or several slip bands (and clear bands)/GB impacts. Two different multiscale approaches are then carried out to propose a prediction of IG fracture initiation using a coupled criterion: i) A bottom-up approach, chaining atomistic GB mechanical properties to a FE-based analytical model, ii) A top-down approach, applying FE-computed displacement fields of various slip bands/GBs configurations in MD.The coherency of the two approaches is validated.The model predictions assess the influence of the grain size and the localized plasticity on IASCC., La susceptibilité à la corrosion sous contrainte assistée par irradiation (IASCC) est observée depuis les années 1990 sur des aciers austénitiques inoxydables utilisés pour des composants internes de cuves de réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Les mécanismes de l’IASCC, phénomène de fissuration essentiellement intergranulaire (IG), ne sont pas encore bien et des modèles de prédictions se basant sur des paramètres physiques sont nécessaires. Une corrélation directe, entre l’initiation de la fissuration IG et la localisation du glissement plastique sous la forme de bandes claires, est démontrée pour des aciers exposés à un environnement oxydant ou inerte. Dans ce contexte, des simulations à deux échelles différentes sont effectuées afin d’apporter une meilleure compréhension physique de l’initiation de la fissuration IG. À l’échelle atomique, des simulations de dynamique moléculaire sur nickel pure démontrent l’influence de la multiaxialité des contraintes sur le comportement de divers bicristaux au travers d’une transition entre un phénomène de nucléation de dislocations aux joints de grains et une décohésion de l’interface. Des calculs éléments finis de plasticité cristalline sont utilisés pour l’évaluation des champs de contrainte IG au voisinage d’une ou plusieurs bandes claires. Deux approches multi-échelles sont alors proposées pour la prédiction de la fissuration IG. La cohérence de ces deux approches est démontrée et permet une validation de l’utilisation d’un critère couplé à l’échelle atomique. Le modèle de prédiction utilisé permet de confirmer quantitativement l’influence de la localisation plastique sur l’IASCC et de proposer un effet de la taille de grain.

This thesis is part of a wider project that aims at improving proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) efficiency and stability. Our contribution aims at improving the geometry and structure of channels in anode and cathode bipolar plates (BPP) using experiments and simulations. The operation of a PEMFC involves multiphase flows and multiphysics phenomenon such as reactant concentration and electron exchange between the components. To simulate such a complex system employed industrial codes as well as Lattice Boltzmann Method. Chapter 1 reminds the basic principle of PEM fuel cell and the role of the fluids that flow through BPP channels. We describe a standard version of the latter and the modifications which we consider here. Chapter 2 details a classical model that describes PEM fuel cell operation in steady regime and assumes single phase flows in channels. The underlying equations and their simulation (using COMSOL) are validated by an experiment performed on standard single cell. The simulation evidences channels exhibiting unequal fluid fluxes while the literature points the negative effects of such heterogeneity. Since the used models disregards the possibility of having water in two phases, Chapter 3 describes a LBMcolorgradientcodefortwophaseflows. Wevalidateitagainstanexperimentperformed of a T-junction, a device that has applications beyond fuel cell. Chapter 4, differently, is devoted to steady gas flows in parallel channels that differ from standard fuel cell. An algorithm automatically homogenizes the fluid flow by modifying domain geometry within definite limits. It applies to diverse settings, and manages parallel channels by varying parameters as channel number and widths. However, the distributing channels that span the fluid between channels at BPP inlet and recollect it at outlet also matter. The author thus proposes designs that equalize channel flows. The author creates a new design to study the manufacturing feasibility of BPP. Chapter 5 describes water drop directional spreading on metallic structures decorated with fin shaped channels of parallel axis: experiments reveal almost total spreading only in one direction. Three dimensional LBM and Volume of Fluid simulationsretrievetheobservedtrendandcapturesmallerscaledetailssuggestingsubsetsof the fluid domain where capillary forces or inertia dominate. Most significant results are two phase flows simulations. They describe the different regimes of films or drops at the outlet of a T-junction whose other branches are fed with immiscible wetting and non-wetting fluids. Moreover, they describe how water drops spread on a microscopic relief which results into skewed capillary force.; La présente thèse fait partie d’un projet destiné à améliorer l’efficacité et la stabilité des piles à combustible à membrane à échange de protons. Elle présente des expériences et des simulations visant à faire évoluer en ce sens la géométrie de canaux véhiculant des fluides à travers les plaques bipolaires à l’anode et à la cathode. En effet, l’electricité produite dépend en particulier d’écoulements diphasiques couplés avec divers phénomènes physiques et très impactés par les forces interfaciales sur les surfaces solides qui les limitent. Nous avons utilisé des codes indutriels ainsi que la méthode des réseaux de Boltzmann pour simuler les sytèmes complexes en jeu. Le chapitre 1 rappelle le principe de base des piles à combustible ainsi que le rôle des fluides s’écoulant dans les canaux des plaques bipolaires. En partant de piles standard,nousjetonslesbasesdesmodificationsétudiéesici. Lechapitre2détailleunmodèle classique du fonctionnement des piles à combustible en régime stationnaire, supposant des écoulements monophasiques dans les canaux. Une expérience réalisée sur une unique pile de ce type valide la formulation mathématique du modèle ainsi que l’outil numérique (Comsol). La simulation met en évidence l’hétérogénéité des flux dans les différents canaux, alors qu’on connait l’influence négative de cette hétérogéneité. Cependant le modèle utilisé ne tient pas compte de la possibilité d’avoir de l’eau en phase liquide (et pas uniquement gaseuze) dans les écoulements. Pour y remédier, le chaptitre 3 décrit un code LBM fondé sur le modèle du gradient de couleur pour les écoulements diphasiques. Ce code est validé à partir d’une expérience réalisée sur une jonction en T, un dispositif applicable bien au delà du contextedespilesàcombustible. Lechapitre4restedanslecadred’écoulementsstationnaires gazeux dans des canaux parallèles, mais cependant différents de ceux de piles standard. Un algorithme uniformise automatiquement les écoulements des différents canaux en modifiant leur géométrie, dans certaines limites cependant. Il fait pour cela varier des paramètres comme le nombere de canaux et leurs largeurs. Les dispositifs répartissant ou collectant le fluide entre les différents canaux à l’entrée ou à la sortie influencent aussi le résultat. Nous proposons des géométries uniformisant les écoulements des divers canaux. Hélas le résultat n’est pas satisfaisant en terles de production électrique . Le chapitre 5 décrit les déplacements dirigés et spontanés de gouttes d’eau sur des structures métalliques pourvues de canaux d’axes parallèles, mais dont la forme rappelle des nageoires: une expérience met en évidence une direction nettementprivilégiée pour l’étalement des gouttes. Les simulations tri-dimensionnelles en LBM et par la méthode du volume de fluide corroborent la tendance observée tout en révélant à plus petite échelle des détails qui échappent aux visualisations mises en oeuvre: l’effet des forces capillaires est clairement dominant, et s’exerce dans des régions bien précises du dispositif, alors que dans d’autres régions l’inertie est essentielle aussi. Les simulations d’écoulements diphasiques décrits aux chapitres 3 et 5 représentent les résultats principaux.

The forecast of precipitation takes a special place, in view of their direct economic impact. These forecasts allow, on the one hand, to anticipate environmental constraints and optimize, for example, the management of water resources, and, on the other hand, to anticipate flood risks. The aim of this study is to improve the nowcasting of precipitation rate of the Rain Nowcast (RN) algorithm that previously provides relevant forecasts for a time horizon of 30 minutes. A multi-scale approach is suggested to merge two types of radar data, with different spatial resolutions, in order to increase the time horizon of the forecast while ensuring a forecast of quality in terms of both location and quantity of precipitation.We propose two multi-scales algorithms, the first one is sequential "Sequential Motion RN": a global estimation with regional data to guide a local estimation with local data. The second is parallel "Parallel Motion RN": using both local and regional data simultaneously. Two other methods dedicated to forecasting have been proposed: geostrophic wind hypothesis, which involves correcting the underestimation of motion intensity for low contrast structures in radar images. The second method: histogram correction, which involves correcting the smoothing effect caused by the numerical scheme by using a widely described technique in literature, to correct rain gauge measurements estimated from radar images.; La prévision du taux de précipitations occupe une place particulière, compte tenu de leur impact direct sur l'économie. Ces prévisions permettent, d’une part, d’anticiper les contraintes environnementales et d’optimiser par exemple la gestion des ressources en eau, et, d’autre part, d'anticiper les risques d’inondations.L'objectif de ces travaux est d'améliorer la prévision à court terme de taux de précipitation de l'algorithme Rain Nowcast (RN) qui fournissait auparavant des prévisions pertinentes pour un horizon temporel de 30 minutes. Une approche multi-échelle a été proposée qui permet de fusionner deux types de données radars, de résolutions spatiales différentes afin d'augmenter l'horizon temporel de prévision tout en garantissant une prévision de qualité en terme de localisation et quantité de précipitation. Nous proposons deux algorithmes multi-échelles , le premier est séquentiel «Sequential Motion RN» : une estimation globale avec les données régionales pour guider une estimation locale avec des données locales. Le second est parallèle «Parallel Motion RN»: utilisation simultanée des données locales et régionales.Deux autres méthodes dédiées à la prévision sont proposées : l'hypothèse de vent géostrophique, consiste à corriger la sous-estimation de l'intensité du mouvement pour les structures peu contrastées dans les images radars. La deuxième méthode : la correction d’histogramme, consiste à corriger l’effet de lissage causé par le schéma numérique en utilisant une technique largement décrite dans la littérature, pour corriger les mesures de pluviométrie estimées à partir d’images radar."

The forecast of precipitation takes a special place, in view of their direct economic impact. These forecasts allow, on the one hand, to anticipate environmental constraints and optimise, for example, the management of water resources, and, on the other hand, to anticipate flood risks. The aim of this study is to improve the nowcasting of precipitation rate of the Rain Nowcast (RN) algorithm that previously provides relevant forecasts for a time horizon of 30 minutes. A multi-scale approach is suggested to merge two types of radar data, with different spatial resolutions, in order to increase the time horizon of the forecast while ensuring a forecast of quality in terms of both location and quantity of precipitation. We propose two multi-scales algorithms, the first one is sequential "Sequential Motion RN" : a globale estimation with regional data to guide a local estimation with local data. The second is parallel "Parallel Motion RN": using both local and regional data simultaneously. Two other methods dedicated to forecast have been proposed: geostrophic wind hypothesis, which involves correcting the underestimation motion intensity for low contrast structures in radar images. The second method: histogram correction, which involves correcting the smoothing effect caused by the numerical scheme by using a widely described technique in literature, to correct raingauge measurements estimated from radar images.; La prévision du taux de précipitations occupe une place particulière, compte tenu de leur impact direct sur l'économie. Ces prévisions permettent, d’une part, d’anticiper les contraintes environnementales et d’optimiser par exemple la gestion des ressources en eau, et, d’autre part, d'anticiper les risques d’inondations. L'objectif de ces travaux est d'améliorer la prévision à court terme de taux de précipitation de l'algorithme Rain Nowcast (RN) qui fournissait auparavant des prévisions pertinentes pour un horizon temporel de 30 minutes. Une approche multi-échelle a été proposée qui permet de fusionner deux types de données radars, de résolutions spatiales différentes afin d'augmenter l'horizon temporel de prévision tout en garantissant une prévision de qualité en terme de localisation et quantité de précipitation. Nous proposons deux algorithmes multi-échelles , le premier est séquentiel «Sequential Motion RN» : une estimation globale avec les données régionales pour guider une estimation locale avec des données locales. Le second est parallèle «Parallel Motion RN»: utilisation simultanée des données locales et régionales. Deux autres méthodes dédiées à la prévision sont proposées : l'hypothèse de vent géostrophique, consiste à corriger la sous-estimation de l'intensité du mouvement pour les structures peu contrastées dans les images radars. La deuxième méthode : la correction d’histogramme, consiste à corriger l’effet de lissage causé par le schéma numérique en utilisant une technique largement décrite dans la littérature, pour corriger les mesures de pluviométrie estimées à partir d’images radar.

The forecast of precipitation takes a special place, in view of their direct economic impact. These forecasts allow, on the one hand, to anticipate environmental constraints and optimize, for example, the management of water resources, and, on the other hand, to anticipate flood risks. The aim of this study is to improve the nowcasting of precipitation rate of the Rain Nowcast (RN) algorithm that previously provides relevant forecasts for a time horizon of 30 minutes. A multi-scale approach is suggested to merge two types of radar data, with different spatial resolutions, in order to increase the time horizon of the forecast while ensuring a forecast of quality in terms of both location and quantity of precipitation.We propose two multi-scales algorithms, the first one is sequential "Sequential Motion RN": a global estimation with regional data to guide a local estimation with local data. The second is parallel "Parallel Motion RN": using both local and regional data simultaneously. Two other methods dedicated to forecasting have been proposed: geostrophic wind hypothesis, which involves correcting the underestimation of motion intensity for low contrast structures in radar images. The second method: histogram correction, which involves correcting the smoothing effect caused by the numerical scheme by using a widely described technique in literature, to correct rain gauge measurements estimated from radar images.; La prévision du taux de précipitations occupe une place particulière, compte tenu de leur impact direct sur l'économie. Ces prévisions permettent, d’une part, d’anticiper les contraintes environnementales et d’optimiser par exemple la gestion des ressources en eau, et, d’autre part, d'anticiper les risques d’inondations.L'objectif de ces travaux est d'améliorer la prévision à court terme de taux de précipitation de l'algorithme Rain Nowcast (RN) qui fournissait auparavant des prévisions pertinentes pour un horizon temporel de 30 minutes. Une approche multi-échelle a été proposée qui permet de fusionner deux types de données radars, de résolutions spatiales différentes afin d'augmenter l'horizon temporel de prévision tout en garantissant une prévision de qualité en terme de localisation et quantité de précipitation. Nous proposons deux algorithmes multi-échelles , le premier est séquentiel «Sequential Motion RN» : une estimation globale avec les données régionales pour guider une estimation locale avec des données locales. Le second est parallèle «Parallel Motion RN»: utilisation simultanée des données locales et régionales.Deux autres méthodes dédiées à la prévision sont proposées : l'hypothèse de vent géostrophique, consiste à corriger la sous-estimation de l'intensité du mouvement pour les structures peu contrastées dans les images radars. La deuxième méthode : la correction d’histogramme, consiste à corriger l’effet de lissage causé par le schéma numérique en utilisant une technique largement décrite dans la littérature, pour corriger les mesures de pluviométrie estimées à partir d’images radar."

Advances in engineering make composite plates an interesting material for industrial applications. From a modeling viewpoint, these are materials occupying a three-dimensional domain which is very thin in the third direction. Their behavior is typically modelled by elliptic partial differential equations (say, linear elasticity) with coefficients that are highly oscillatory in the in-plane directions. There are hence two small scales in the problem, the thickness of the plate and the characteristic size of the heterogeneities in the in-plane directions. Numerical difficulties arise because of the different length scales involved, which lead to prohibitive computational costs if standard (say Finite Element) approaches are used.In order to understand the behavior of such materials, a first step is to look at the homogenized limit, assuming the microstructure is periodic. This derivation has been performed both in the diffusion and in the elasticity case. In this work, we go beyond these results and establish more precise results which characterize the local spatial fluctuations of the displacement.From a numerical perspective, the MultiScale Finite Element Method (MsFEM) has been introduced some years ago to address such problems. It is a Finite Element type approach, where the basis functions used to generate the approximation space are precomputed. In this work we adapt this method to the case of thin plates.We introduce several MsFEM variants for elastic composite plates and numerically compare their performance on a variety of test cases.In the third part of our work, we use the MsFEM and techniques of reduced model to design an algorithm of shape optimization for thin plates. The shape optimization is performed by modulating locally the size of the heterogeneities in the in-plane direction. The method is tested on numerical examples., Les plaques composites sont des objects de grand intérêt pour l'ingénierie moderne. Ces objets sont modélisés comme des matériaux en trois dimensions étant fins dans la troisième dimension. Leur comportement mécanique est modélisé par une équation aux dérivées partielles (ici, l'élasticité linéaire) dont les coefficients oscillent avec une grande fréquence dans les deux premières directions. Le problème a donc deux petites échelles: la dimension de la plaque, et la période des oscillations. Ces deux petites échelles engendrent des difficultés d'ordre numérique: en effet, utiliser une méthode standard (des éléments finis par exemple) occasionnerait des coûts de calcul prohibitifs.Pour comprendre le comportement de ce type de matériaux, nous commençons pas nous intéresser à la limite homogénéisée en faisant l'hypothèse d'une microstructure périodique. Le modèle homogénéisé a déjà été établi dans les cas de la diffusion et de l'élasticité. Dans cette thèse, nous établissons un résultat plus précis qui prend en compte les fluctuations locales du déplacement.La Méthode des Éléments Finis Multi-échelle (MsFEM) a été introduite pour résoudre numériquement ce type de problème. C'est une méthode de type "éléments finis", où la base de fonctions utilisée pour engendrer l'espace d'approximation est calculées à l'avance. Dans cette thèse, nous adaptons cette méthode au cas des plaques minces. Nous introduisons plusieurs variantes de la MsFEM pour les plaques composites et les comparons numériquement.Dans une dernière partie, nous utilisons la MsFEM et des techniques de réductions de modèle pour développer une technique d'optimisation de forme pour les plaques. La forme des plaques hétérogène est optimisée en modulant localement la taille des hétérogénéités de la plaque. Ces méthodes sont testées sur des exemples numériques.

This thesis is part of a wider project that aims at improving proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) efficiency and stability. Our contribution aims at improving the geometry and structure of channels in anode and cathode bipolar plates (BPP) using experiments and simulations. The operation of a PEMFC involves multiphase flows and multiphysics phenomenon such as reactant concentration and electron exchange between the components. To simulate such a complex system employed industrial codes as well as Lattice Boltzmann Method. Chapter 1 reminds the basic principle of PEM fuel cell and the role of the fluids that flow through BPP channels. We describe a standard version of the latter and the modifications which we consider here. Chapter 2 details a classical model that describes PEM fuel cell operation in steady regime and assumes single phase flows in channels. The underlying equations and their simulation (using COMSOL) are validated by an experiment performed on standard single cell. The simulation evidences channels exhibiting unequal fluid fluxes while the literature points the negative effects of such heterogeneity. Since the used models disregards the possibility of having water in two phases, Chapter 3 describes a LBMcolorgradientcodefortwophaseflows. Wevalidateitagainstanexperimentperformed of a T-junction, a device that has applications beyond fuel cell. Chapter 4, differently, is devoted to steady gas flows in parallel channels that differ from standard fuel cell. An algorithm automatically homogenizes the fluid flow by modifying domain geometry within definite limits. It applies to diverse settings, and manages parallel channels by varying parameters as channel number and widths. However, the distributing channels that span the fluid between channels at BPP inlet and recollect it at outlet also matter. The author thus proposes designs that equalize channel flows. The author creates a new design to study the manufacturing feasibility of BPP. Chapter 5 describes water drop directional spreading on metallic structures decorated with fin shaped channels of parallel axis: experiments reveal almost total spreading only in one direction. Three dimensional LBM and Volume of Fluid simulationsretrievetheobservedtrendandcapturesmallerscaledetailssuggestingsubsetsof the fluid domain where capillary forces or inertia dominate. Most significant results are two phase flows simulations. They describe the different regimes of films or drops at the outlet of a T-junction whose other branches are fed with immiscible wetting and non-wetting fluids. Moreover, they describe how water drops spread on a microscopic relief which results into skewed capillary force., La présente thèse fait partie d’un projet destiné à améliorer l’efficacité et la stabilité des piles à combustible à membrane à échange de protons. Elle présente des expériences et des simulations visant à faire évoluer en ce sens la géométrie de canaux véhiculant des fluides à travers les plaques bipolaires à l’anode et à la cathode. En effet, l’electricité produite dépend en particulier d’écoulements diphasiques couplés avec divers phénomènes physiques et très impactés par les forces interfaciales sur les surfaces solides qui les limitent. Nous avons utilisé des codes indutriels ainsi que la méthode des réseaux de Boltzmann pour simuler les sytèmes complexes en jeu. Le chapitre 1 rappelle le principe de base des piles à combustible ainsi que le rôle des fluides s’écoulant dans les canaux des plaques bipolaires. En partant de piles standard,nousjetonslesbasesdesmodificationsétudiéesici. Lechapitre2détailleunmodèle classique du fonctionnement des piles à combustible en régime stationnaire, supposant des écoulements monophasiques dans les canaux. Une expérience réalisée sur une unique pile de ce type valide la formulation mathématique du modèle ainsi que l’outil numérique (Comsol). La simulation met en évidence l’hétérogénéité des flux dans les différents canaux, alors qu’on connait l’influence négative de cette hétérogéneité. Cependant le modèle utilisé ne tient pas compte de la possibilité d’avoir de l’eau en phase liquide (et pas uniquement gaseuze) dans les écoulements. Pour y remédier, le chaptitre 3 décrit un code LBM fondé sur le modèle du gradient de couleur pour les écoulements diphasiques. Ce code est validé à partir d’une expérience réalisée sur une jonction en T, un dispositif applicable bien au delà du contextedespilesàcombustible. Lechapitre4restedanslecadred’écoulementsstationnaires gazeux dans des canaux parallèles, mais cependant différents de ceux de piles standard. Un algorithme uniformise automatiquement les écoulements des différents canaux en modifiant leur géométrie, dans certaines limites cependant. Il fait pour cela varier des paramètres comme le nombere de canaux et leurs largeurs. Les dispositifs répartissant ou collectant le fluide entre les différents canaux à l’entrée ou à la sortie influencent aussi le résultat. Nous proposons des géométries uniformisant les écoulements des divers canaux. Hélas le résultat n’est pas satisfaisant en terles de production électrique . Le chapitre 5 décrit les déplacements dirigés et spontanés de gouttes d’eau sur des structures métalliques pourvues de canaux d’axes parallèles, mais dont la forme rappelle des nageoires: une expérience met en évidence une direction nettementprivilégiée pour l’étalement des gouttes. Les simulations tri-dimensionnelles en LBM et par la méthode du volume de fluide corroborent la tendance observée tout en révélant à plus petite échelle des détails qui échappent aux visualisations mises en oeuvre: l’effet des forces capillaires est clairement dominant, et s’exerce dans des régions bien précises du dispositif, alors que dans d’autres régions l’inertie est essentielle aussi. Les simulations d’écoulements diphasiques décrits aux chapitres 3 et 5 représentent les résultats principaux.

Nous présentons un projet de recherche dans lequel, nous proposons d’aborder la problématique de la représentation numérique, de l’analyse et de la caractérisation de surfaces rugueuses. La rugosité est un concept complexe, par nature multi-échelle et reposant sur l’étude du comportement local d’une surface dans un voisinage donné. Son évaluation sur les surfaces est essentielle pour de nombreux problèmes expérimentaux. Cela explique les nombreuses études réalisées dans les domaines applicatifs liés à la physique et la mécanique, là où le contrôle et la maîtrise de l’état des surfaces constituent un besoin majeur pour les industriels. Un grand nombre de paramètres conventionnels normalisés sont actuellement à disposition pour tenter d’apprécier cette notion dans les différents domaines applicatifs qui en font usage. Mais il est souvent difficile, pour un domaine applicatif ou un besoin donné, de savoir précisément quel(s) paramètre(s) de rugosité relie(nt) la topographie d’une surface aux phénomènes physiques qu’elle subit ou qu’on lui applique. Cela s’explique car, à une valeur de paramètre donnée peuvent correspondre des rugosités associées à des géométries et des propriétés physiques très variées. Ceci est principalement dû au fait que les mesures de rugosité classiques reposent, pour la plupart, sur des quantifications statistiques globales. Pour pallier cet inconvénient majeur, nous pensons qu’il est essentiel d’avoir une caractérisation géométrique de la rugosité. Il sera alors plus facile d’établir des relations avec les propriétés physiques des surfaces.L’objectif de ce projet est double :1) Théorique : modéliser la rugosité et définir des outils de manipulation, de composition, d’analyse et de caractérisation géométrique. Nous proposons pour cela de nous appuyer sur une approche générique exploitant l’analyse en ondelettes et la synthèse de rugosités à partir de modèles fractals déterministes. Nous pensons que le modèle fractal BC-IFS (mis au point dans notre équipe) nous permettra de définir cette caractérisationgéométrique à partir des propriétés différentielles que l’on peut définir sur ces surfaces.2) Pratique : générer un corpus (base de données numérique) de modèles géométriques rugueux sous différentes formes, de façon à ce que chaque utilisateur y retrouve les modèles qu’il a l’habitude de manipuler. Il servira d’abord à maîtriser la notion de rugosité. Dans un second temps, nous prévoyons de le mettre à disposition des chercheurs, ingénieurs ou industriels (de différentes disciplines et domaines d’applications). Ils pourront notamment l’utiliser afin de réaliser des simulations numériques ou évaluer l’impact de différentes natures derugosités sur les propriétés physiques d’un objet.Malgré la richesse des rugosités générées par les modèles fractals déterministes, cela ne sera certainement pas suffisant pour représenter toutes les variétés que l’on peut rencontrer dans la réalité. Cependant, ces modèles rugueux pourraient servir de base de référence pour générer de nouvelles familles de rugosités, à partir d’opérateurs de combinaison (addition, multiplication, dilatation, réduction, décalage, ...).

We propose several new variants of the method of Numerical Zoom and study them mathematically on several model problems. We consider mostly the following simple situation (yet pertinent to some practical application): the Poisson equation in a domain containing a small hole. We employ a coarse global mesh that does not see the hole and correct this defect thanks to an additional fine mesh placed around the hole and conforming with it. An iterative algorithm (multi-model numerical zoom or non intrusive model coupling) is then proposed, solving alternatively the problems on global and local meshes. We introduce a mathematical framework for these methods under very general assumptions on the meshes: the fine mesh may be placed over the coarse one in an arbitrary manner. We perform then a complete theoretical analysis both of the accuracy with respect to a mesh refinement and of the convergence rate of iterations. We also compare this approach with the method of matched asymptotic expansions. Finally, we adapt our method to monotone problems with localized non-linearities, adapting the convergence proof and giving an a priori error estimate., Nous proposons plusieurs nouvelles variantes de la méthode du Zoom Numérique et les étudions mathématiquement. Nous considérons principalement la situation suivante simple, mais pertinente aux applications pratiques : l'équation de Poisson dans un domaine contenant un petit trou. Nous utilisons un maillage global grossier qui ne voit pas le trou et corrigeons ce défaut grâce à un maillage fin placé autour du trou et conforme à celui-ci. Un algorithme itératif (zoom numérique multi-modèles ou couplage des modèles non intrusif) est alors proposé, résolvant alternativement les problèmes sur les maillages global et local. Nous introduisons un cadre mathématique pour ces méthodes sous des hypothèses très générales sur les maillages: le maillage fin peut être placé sur le maillage grossier de manière arbitraire. Nous analysons ensuite théoriquement à la fois la précision de la méthode par rapport aux raffinements du maillage et le taux de convergence des itérations. Nous comparons également cette approche avec la méthode des développements asymptotiques. Enfin, nous adaptons notre méthode aux problèmes monotones avec des non-linéarités localisées, en modifiant la preuve de convergence et en donnant une estimation d'erreur a priori.

Our skeleton, an essential structure for the human body, has multiple functions, among which are the regulation of metabolism and the protection of organs. We focus here on bone remodeling, a process by which the structure and chemical composition of bone evolve over time. The biochemical and structural changes of bone tissue are orchestrated by bone cells, able to synthesize bone matrix (osteoblasts), resorb mineralized bone (osteoclasts), and to regulate biochemical signaling pathways according to their mechanical environment (osteocytes). In this context, we are particularly interested in mechanomics, which is the description of the action of mechanics on biological tissues.We first study the mechanics of bone remodeling at the cellular level, where signaling pathways are essential. We therefore introduce a fine mathematical representation of bone remodeling by a system of differential equations describing the interactions between bone cells of osteoclastic and osteoblastic lineages, as well as the regulation of the biochemical environment by osteocytes. This model reproduces the bone loss in the contexts of micro-gravity during space flight and postmenopausal osteoporosis (PMO). The development of a pharmacokinetic-pharmacodynamic model coupled with biochemical dynamics makes it possible to link the dosage of an anabolic treatment of PMO (romosozumab) and the gain of bone mass, which would be beneficial for the design of a treatment specific to the patient.We also propose a macroscopic description of bone remodeling based on a generalized continuum mechanics model. First, this representation is introduced in the context of rotary remodeling of the bone microstructure. Indeed, bone is a material with a micro-architecture, composed of a mineralized collagen matrix and a fluid phase which hosts active bone cells. First, we propose an analytical identification of stable equilibrium states of rotary remodeling. This theory is then used in a 2D finite element study applied to the human femoral head. Finally, we enrich this theoretical framework by linking macroscopic mechanics to mechanobiology: the kinematics of bone remodeling is described through the evolution of macroscopic deformation, microstructural rotation, mineral fraction, porous fraction and cells concentrations. This description encompassing chemistry, biology and mechanics provides a structure for the study of interactions between these three fields in the context of remodeling. The promising results of our preliminary simulations enable an interpretation of remodeling on a small scale that can be compared with clinical data.Finally, we present in this thesis a first clinical application of our multi-scale theory with the study of bone remodeling in patients with idiopathic scoliosis of the adolescent (AIS), pathology of unknown origin characterized by a three-dimensional deviation of the spine. The analysis of the first vertebral body samples from AIS patients taken intraoperatively suggests a dependence of the properties of the material on the abnormal loading conditions due to the pathology. These observations motivate the prospect of a comparison of these results with simulations based on our mechanistic theory.In summary, we present in this thesis several bone remodeling modeling approaches, resulting in the development of a novel unifying theory whose purpose is to better understand and address the mechanisms of bone pathologies, which ultimately aim at the development of patient-specific therapeutic solutions., Notre squelette, structure essentielle du corps humain, a de multiples fonctions, parmi lesquelles on compte la régulation du métabolisme et la protection des organes. Nous étudions ici le remodelage osseux, processus par lequel la structure et la composition chimique de l’os évoluent au cours du temps. Les modifications biochimiques et structurelles du tissu osseux sont orchestrées par les cellules osseuses, capables de synthétiser de la matrice osseuse (ostéoblastes), résorber de l’os minéralisé (ostéoclastes), et aussi de réguler les voies de signalisation biochimiques en fonction de leur environnement mécanique (ostéocytes). Dans ce contexte, nous nous intéressons en particulier au mécanome, c’est-à-dire à la description de l'action de la mécanique sur les tissus biologiques.Nous étudions tout d’abord le mécanome du remodelage osseux à l’échelle cellulaire, où les voies de signalisation sont primordiales. Nous introduisons donc une représentation mathématique fine du remodelage osseux par un système d’équations différentielles décrivant les interactions entre les cellules osseuses des lignées ostéoclastiques et ostéoblastiques ainsi que la régulation de l’environnement biochimique par les ostéocytes. Ce modèle reproduit la perte de masse osseuse dans le cadre du défaut de gravité pendant un vol spatial et de l’ostéoporose post-ménopausique (OPM). La mise au point d’un modèle pharmacocinétique-pharmacodynamique couplé aux dynamiques biochimiques permet de relier la posologie d’un traitement anabolique de l’OPM (romosozumab) et le gain de masse osseuse, ce qui serait bénéfique pour la conception d'un traitement spécifique au patient.Nous proposons également une description macroscopique du remodelage osseux fondée sur un modèle de milieu continu généralisé. Tout d’abord, cette représentation est introduite dans le contexte du remodelage par rotation de la microstructure osseuse. En effet, l’os est un matériau doté d’une micro-architecture et constitué d’une matrice de collagène minéralisé et d’une phase fluide accueillant les cellules osseuses actives. Dans un premier temps, nous proposons une identification analytique des états d'équilibre stables du remodelage par rotation. Cette théorie est ensuite utilisée dans une étude 2D par éléments finis appliquée à la tête fémorale humaine. Enfin, nous approfondissons ce cadre théorique reliant la mécanique macroscopique à la mécanobiologie : la cinématique du remodelage osseux est décrite à travers l'évolution de la déformation macroscopique, de la rotation de la microstructure, de la fraction de minéral, de la fraction poreuse et des concentrations de cellules. Cette description englobant chimie, biologie et mécanique fournit une structure pour l'étude des interactions entre ces trois domaines dans le contexte du remodelage. Les résultats prometteurs de nos simulations préliminaires permettent une interprétation du remodelage à la petite échelle qui pourra être mise en regard de données cliniques.Enfin, nous présentons une première application clinique de notre théorie multi-échelle dans l’étude du remodelage osseux chez les patients atteints de scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA), pathologie d’origine inconnue se manifestant par une déviation tridimensionnelle de la colonne vertébrale. L’analyse des premiers échantillons de corps vertébraux de patients atteints de SIA prélevés en peropératoire suggère une dépendance des propriétés du matériau aux conditions de chargement anormales dues à la pathologie. Ces observations motivent la perspective d'une comparaison de ces résultats à des simulations fondées sur notre théorie mécanistique.En résumé, nous présentons dans cette thèse plusieurs approches de modélisation du remodelage osseux pour aboutir à une théorie unificatrice, et ce dans le but de mieux comprendre et aborder les mécanismes des pathologies osseuses, ce qui a pour objectif à terme le développement de solutions thérapeutiques spécifiques aux patients.

Tesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Université de Montpellier. Aplicar embargament entre la data de defensa i el dia 9 d'octubre de 2020 The thesis is aimed at characterising the multi-scale and hydro-mechanical behaviour of lightly compacted silty sand penetrated by a turf-grass (Cynodon Dactilon). The study will allow better assessing the impact of vegetation on this compacted soil that has been used in an experimental and fully-instrumented embankment. The literature agrees that roots are enhancing soil shear strength properties while contrasting results have been found in terms of soil hydraulic behaviour. Moreover, there is a lack of information on how roots affect soil microstructure and its consequences at the macroscopic scale (soil hydraulic behaviour, volume change and shear strength properties). A protocol for soil compaction and roots growth was followed for preparing all the tested samples. The soil was lightly compacted, wetted under unconfined conditions to favour plant growth, and then dried up to different hydraulic states. The same soil, plant and seeding density used in the monitored embankment were adopted. Several techniques were exploited to characterise roots geometrical and mechanical features. Large cell triaxial and direct shear tests were performed under saturated and partially saturated conditions. Different stress-strain responses were observed in the vegetated soil at different hydraulic states, due to different roots failure mechanisms and to the combination of water availability and the suction within the soil. Results were interpreted with several constitutive stress expressions for partially saturated soils to consider these state and stress variables. Larger compression deformations on shearing were systematically observed on rooted samples. Roots slightly affected the friction angle but generated an increase in soil cohesion. These observations were confirmed by direct tensile tests performed at different roots growth stages and hydraulic states. A constitutive expression was proposed to predict the increase in cohesion knowing the properties of roots and the soil hydraulic state. Concerning the hydraulic behaviour, roots induced a systematic increase in soil water-saturated permeability. Water retention properties were also affected, with a decrease in the retention capacity as roots volume increased. Micro-CT tomography and mercury intrusion porosimetry were carried out at different soil hydraulic states on samples including plant individuals to obtain information about changes in soil microstructure. Reconstructed information from the two techniques showed that roots were generally increasing macropores (larger than 100 micrometres) due to fissuring and soil-root interface phenomena while reducing smaller pores (below 5 micrometres) due to mucilage clogging. The opening of fissures was enhanced on concurrent soil and roots shrinkage upon drying. The alterations generated by roots growth on the soil structure allowed explaining not only the different soil hydraulic responses but also the soil volume change behaviour. A good agreement between the volume of fissures and the volume of roots was found and allowed calibrating and validating a model able to predict the soil water retention properties and permeability values based on the microstructural changes observed. Results were used to simulate the effect of different periods of plants growth on the hydro-mechanical behaviour of the monitored embankment during a rainfall event. The vegetated slopes remained stable throughout the simulation, even when completely saturated, thanks to the mechanical reinforcement of the roots. Nevertheless, the higher permeability within the vegetated soil had a negative consequence, which was evidenced by a drastic drop in the slope stability safety factor at the early stages of the hydraulic event. La tesis tiene como objetivo caracterizar el comportamiento hidromecánico de una arena limosa compactada y con raíces (Cynodon Dactilon). El estudio ha permitido evaluar el impacto de la vegetación en este suelo, que ha sido utilizado en un terraplén experimental. El estado de arte indica que las raíces mejoran las propiedades de resistencia al corte de un suelo, mientras que hay resultados contrastantes en términos del comportamiento hidráulico. Además, se carece de información sobre cómo las raíces afectan a la microestructura del suelo y sus consecuencias a escala macroscópica. Se siguió un protocolo para la compactación del suelo y el crecimiento de las raíces para la preparación de todas las muestras estudiadas. El suelo se compactó ligeramente, se humedeció en condiciones no confinadas para favorecer el crecimiento de la planta, y luego se secó a diferentes estados hidráulicos. Se utilizaron varias técnicas para caracterizar las propiedades geométricas y mecánicas de las raíces. Se realizaron ensayos de corte directo, edométricos y triaxiales con equipos de grandes dimensiones. Se observaron diferentes respuestas de tensión-deformación en el suelo con vegetación debido a los diferentes mecanismos de rotura de las raíces y a la combinación de humedad y de succión en el suelo. Los resultados se interpretaron con leyes constitutivas en términos de tensiones efectivas para suelos parcialmente saturados. En las muestras con raíces se observaron sistemáticamente deformaciones mayores de compresión durante el desarrollo del corte. Las raíces afectaron ligeramente el ángulo de fricción y desarrollaron un aumento en la cohesión del suelo. Estas observaciones también se confirmaron mediante ensayos de tracción, que se realizaron a diferentes estados de crecimiento de las raíces. Se propuso una expresión constitutiva para predecir el aumento de la cohesión en función de las propiedades de las raíces y el estado hidráulico del suelo. En cuanto al comportamiento hidráulico, las raíces inducen un aumento de la permeabilidad saturada del suelo y una disminución en la capacidad de retención al agua a medida que aumenta el volumen de las raíces en el suelo. Se realizaron ensayos de micro-tomografía de rayos X y de porosimetría de intrusión de mercurio sobre muestras con raíces. La información reconstruida de las dos técnicas ha indicado que las raíces han inducido el aumento de los poros de más de 100 micrómetros debido a la generación de fisuras y a fenómenos de interfase suelo-raíz, a la vez que han ocluido los poros más pequeños (menores de 5 micrómetros) debido a la producción de mucílago. Las fisuras también se han abierto por la retracción simultánea del suelo y de las raíces durante el secado. Estas alteraciones inducidas sobre la microestructura han permitido explicar mejor los cambios en las propiedades hidráulicas y de cambio de volumen del suelo. Se ha encontrado una relación entre el volumen de fisuras y el volumen de raíces, lo que ha permitido desarrollar y calibrar un modelo capaz de predecir las propiedades de retención al agua y los valores de permeabilidad del suelo. Los resultados experimentales se han utilizado para simular el efecto que tiene los diferentes crecimientos de las plantas sobre el comportamiento hidromecánico del terraplén instrumentado durante un episodio de lluvia. Los taludes con raíces se mantuvieron estables a lo largo de la simulación, incluso cuando estaban completamente saturados, gracias al refuerzo mecánico de las raíces. Sin embargo, la mayor permeabilidad del suelo vegetado tuvo una consecuencia negativa, que se evidenció con una drástica caída en el factor de seguridad del talud en las primeras etapas del episodio de lluvia. La thèse vise à caractériser le comportement multi-échelles et hydro-mécanique du sable silteux pénétré par des racines de Cynodon Dactilon. L'étude permettra d’évaluer l'impact de la végétation sur ce sol compacté utilisé dans un remblai expérimental en extérieur. La littérature s'accorde à dire que les racines améliorent les propriétés de résistance au cisaillement du sol, tandis que des résultats contrastés ont été obtenus en ce qui concerne leur effet sur le comportement hydraulique. De plus il existe peu d'information sur la façon dont les racines affectent la microstructure du sol et leurs conséquences à l'échelle macroscopique. Un protocole de compactage du sol et de croissance de racines a été suivi pour la préparation de tous les échantillons testés. Le sol a été légèrement compacté, mouillé pour favoriser la croissance des plantes, puis séché jusqu'à différents états hydrauliques. Les plantes et la densité d'ensemencement ont été les mêmes que ceux utilisés dans le remblai. Plusieurs techniques ont été exploitées pour évaluer les caractéristiques géométriques et mécaniques des racines. Des essais de cisaillement triaxial et direct ont été effectués avec des équipements de grande dimension dans des conditions saturées et partiellement saturées. Différentes réponses de contraintedéformation ont été observées pour le sol végétalisé à différents états hydrauliques, en raison de différents mécanismes de rupture des racines. Les résultats ont été interprétés à l'aide de plusieurs lois de comportement pour les sols partiellement saturés afin de tenir compte des variables d'état et de stress. Des déformations de compression plus importantes lors du cisaillement ont été observées sur des échantillons avec racines. Les racines ont généré une augmentation de la cohésion du sol. Ces observations ont été confirmées par des essais de traction directe effectués à différents stades de croissance des racines. Une loi de comportement a été proposée pour prédire l'augmentation de la cohésion en connaissant les propriétés des racines et l'état hydraulique du sol. En ce qui concerne le comportement hydraulique, les racines ont induit une augmentation de la perméabilité saturée en eau du sol et une diminution de la capacité de rétention à mesure que le volume des racines augmentait. La tomographie microCT et la porosimétrie par intrusion de mercure ont été effectuées à différents états hydrauliques du sol sur des échantillons avec racines pour obtenir des informations sur les changements de la microstructure du sol. L'information reconstruite à partir des deux techniques a montré que les racines augmentaient généralement les macropores (plus de 100 micromètres) en raison de phénomènes de fissuration et des interfaces sol-racine tout en réduisant les pores plus petits (moins de 5 micromètres) en raison du colmatage dû au mucilage. L'ouverture des fissures a été augmentée par le retrait simultané du sol et des racines lors du séchage. Les altérations générées par la croissance des racines sur la structure du sol ont permis d'expliquer les différentes réponses hydrauliques du sol et aussi son changement de volume. Un bon accord entre le volume des fissures et le volume des racines a été trouvé et a permis de calibrer et de valider un modèle capable de prédire les propriétés de rétention d'eau et les valeurs de perméabilité du sol à partir des changements microstructurels observés. Les résultats ont été utilisés pour simuler l'effet de différentes périodes de croissance des plantes sur le comportement hydro-mécanique du remblai lors d'une chute de pluie. Les pentes végétalisées sont restées stables tout au long de la simulation, même complètement saturées, grâce au renforcement mécanique des racines. Néanmoins, la perméabilité plus élevée dans le sol végétalisé a eu une conséquence négative, qui a été mise en évidence par une baisse drastique du facteur de sécurité de stabilité de la pente aux premiers stades de l'événement hydraulique.

This PhD thesis deals with the mathematical description of the micro-scale muscle contraction mechanisms with the aim of proposing and integrating our models into a multiscale heart simulation framework.This research effort is made in the context of digital medicine, which proposes to improve the treatment of patients with the use of numerical tools.The first contribution of this thesis is a literature review of the experimental works characterizing the actin-myosin interaction and its regulations to compile information in a useable form for the development of models.This stage is an essential prerequisite to modeling.We then propose a hierarchy of muscle contraction models starting from a previously proposed refined stochastic model, which was only validated for skeletal muscles, and applying successive simplification assumptions.The simplification stages transform the initial stochastic differential equation into a partial differential equation with a model that is part of the Huxley'57 model family.A further simplification then leads to a description governed by a set of ordinary differential equations.The relevance of these models, targeting different time scales, is demonstrated by comparing them with experimental data obtained with cardiac muscles and their range of validity is investigated.To integrate these microscopic descriptions into a heart simulation framework, we extend the models to take into account the force regulation mechanisms that take place in vivo, leading to the derivation of new partial differential equations.Then, we link the microscopic contraction models to the macroscopic organ model.We follow for that an approach based on the thermodynamical principles to deal with the multi-scale nature in time and space of the muscle tissue at the continuous and at the discrete levels.The validity of this simulation framework is demonstrated by showing its ability to reproduce the heart behavior and in particular to capture the essential features of the Frank-Starling effect.; L'objectif de cette thèse est la modélisation mathématique des mécanismes de contraction musculaire à l'échelle microscopique dans le but de proposer et d'intégrer ces modèles dans un environnement de simulation cardiaque multi-échelle.Ce travail est réalisé dans le contexte de la médecine numérique, qui propose d'améliorer le traitement des patients par l'utilisation d'outils numériques.La première contribution de cette thèse est une analyse bibliographique des travaux expérimentaux caractérisant l’interaction actine-myosine et ses régulations afin de compiler les informations sous une forme utilisable pour le développement de modèles.Cette étape est une condition préalable essentielle à la modélisation.Nous proposons ensuite une hiérarchie de modèles de contraction musculaire à partir d'un modèle stochastique raffiné existant, mais validé uniquement pour les muscles squelettiques, en appliquant des hypothèses de simplification successives.Les étapes de simplification transforment l'équation différentielle stochastique initiale en une équation aux dérivées partielles avec une description qui fait partie de la famille de modèles dérivée du modèle Huxley'57.Une simplification supplémentaire conduit ensuite à un modèle décrit par un ensemble d'équations différentielles ordinaires.La pertinence des modèles proposés, qui ciblent différentes échelles de temps, est démontrée en les comparant aux données expérimentales obtenues avec des muscles cardiaques, et leur domaine de validité est étudié.Pour intégrer ces descriptions dans un environnement de simulation cardiaque, nous avons étendu ces modèles afin de prendre en compte les mécanismes de régulation de la force qui se produisent in vivo.Cela conduit à de nouvelles équations aux dérivées partielles.Ensuite, nous lions les modèles de contraction microscopiques à un modèle d’organe macroscopique.Nous suivons pour cela une approche fondée sur les principes thermodynamiques pour traiter la nature multi-échelle en temps et en espace du tissu musculaire aux niveaux continu et discret.La validité de cet environnement de simulation est démontrée en présentant sa capacité à reproduire le comportement du coeur et en particulier les caractéristiques essentielles de l'effet Frank-Starling.

This PhD thesis deals with the mathematical description of the micro-scale muscle contraction mechanisms with the aim of proposing and integrating our models into a multiscale heart simulation framework.This research effort is made in the context of digital medicine, which proposes to improve the treatment of patients with the use of numerical tools.The first contribution of this thesis is a literature review of the experimental works characterizing the actin-myosin interaction and its regulations to compile information in a useable form for the development of models.This stage is an essential prerequisite to modeling.We then propose a hierarchy of muscle contraction models starting from a previously proposed refined stochastic model, which was only validated for skeletal muscles, and applying successive simplification assumptions.The simplification stages transform the initial stochastic differential equation into a partial differential equation with a model that is part of the Huxley'57 model family.A further simplification then leads to a description governed by a set of ordinary differential equations.The relevance of these models, targeting different time scales, is demonstrated by comparing them with experimental data obtained with cardiac muscles and their range of validity is investigated.To integrate these microscopic descriptions into a heart simulation framework, we extend the models to take into account the force regulation mechanisms that take place in vivo, leading to the derivation of new partial differential equations.Then, we link the microscopic contraction models to the macroscopic organ model.We follow for that an approach based on the thermodynamical principles to deal with the multi-scale nature in time and space of the muscle tissue at the continuous and at the discrete levels.The validity of this simulation framework is demonstrated by showing its ability to reproduce the heart behavior and in particular to capture the essential features of the Frank-Starling effect.; L'objectif de cette thèse est la modélisation mathématique des mécanismes de contraction musculaire à l'échelle microscopique dans le but de proposer et d'intégrer ces modèles dans un environnement de simulation cardiaque multi-échelle.Ce travail est réalisé dans le contexte de la médecine numérique, qui propose d'améliorer le traitement des patients par l'utilisation d'outils numériques.La première contribution de cette thèse est une analyse bibliographique des travaux expérimentaux caractérisant l’interaction actine-myosine et ses régulations afin de compiler les informations sous une forme utilisable pour le développement de modèles.Cette étape est une condition préalable essentielle à la modélisation.Nous proposons ensuite une hiérarchie de modèles de contraction musculaire à partir d'un modèle stochastique raffiné existant, mais validé uniquement pour les muscles squelettiques, en appliquant des hypothèses de simplification successives.Les étapes de simplification transforment l'équation différentielle stochastique initiale en une équation aux dérivées partielles avec une description qui fait partie de la famille de modèles dérivée du modèle Huxley'57.Une simplification supplémentaire conduit ensuite à un modèle décrit par un ensemble d'équations différentielles ordinaires.La pertinence des modèles proposés, qui ciblent différentes échelles de temps, est démontrée en les comparant aux données expérimentales obtenues avec des muscles cardiaques, et leur domaine de validité est étudié.Pour intégrer ces descriptions dans un environnement de simulation cardiaque, nous avons étendu ces modèles afin de prendre en compte les mécanismes de régulation de la force qui se produisent in vivo.Cela conduit à de nouvelles équations aux dérivées partielles.Ensuite, nous lions les modèles de contraction microscopiques à un modèle d’organe macroscopique.Nous suivons pour cela une approche fondée sur les principes thermodynamiques pour traiter la nature multi-échelle en temps et en espace du tissu musculaire aux niveaux continu et discret.La validité de cet environnement de simulation est démontrée en présentant sa capacité à reproduire le comportement du coeur et en particulier les caractéristiques essentielles de l'effet Frank-Starling.

International audience; This paper presents the application of a Multi-Level Agent Based Model technology through a Natural Model based Design in Context (NMDC) to describe and model a class of environ-mental problems. NMDC allow training domain expert to design a conceptual model for a concrete environmental problem. This model describes the underlying application domain in terms of environmental concepts and neither requires specific technical skills nor involves implementation details. We show how the associated TiC (Tool-in-Context) develop through NMDC can help the domain expert to describe in semi-natural (specific) language the environmental problem. This description is the basis for TiC to generate a simulation tool. On the base of this, we transform the specific language to NetLogo agent based code, thereby facilitating an early prototype application to be used by the domain expert. Finally, we applied this approach to explain and analyze the process of deforestation around the Laf Forest Reserve and discuss the prototype resulting from our approach.; Cet article présente une application de l’approche de modélisation multi-échelle à base d’agent en s’appuyant sur un modèle spécifique (NMDC) pour décrire et modéliser une classe de problèmes environnementaux. Le modèle NMDC permet à l’expert du domaine de décrire le domaine d’application sous-jacent en termes de concepts environnementaux et ne nécessite pas de compétences techniques spécifiques, ni de détails de mise en oeuvre. Nous montrons comment l’outil TiC (Tool-in-Context) associé développé à partir du modèle NMDC peut aider l’expert du domaine à décrire dans un langage naturel (spécifique) le problème environnemental. Cette description est la base pour l’outil TiC de générer un outil de simulation. A travers cet outil, nous transformons le langage spécifique en code multi-agents NetLogo, facilitant ainsi un premier prototype de l’application pouvant être utilisé par l’expert de domaine. Enfin, nous appliquons cette approche pour expliquer et analyser le processus de déforestation autour de la réserve forestière de Laf et discuter du prototype résultant de notre approche.

This paper presents the application of a Multi-Level Agent Based Model technology through a Natural Model based Design in Context (NMDC) to describe and model a class of environ-mental problems. NMDC allow training domain expert to design a conceptual model for a concrete environmental problem. This model describes the underlying application domain in terms of environmental concepts and neither requires specific technical skills nor involves implementation details. We show how the associated TiC (Tool-in-Context) develop through NMDC can help the domain expert to describe in semi-natural (specific) language the environmental problem. This description is the basis for TiC to generate a simulation tool. On the base of this, we transform the specific language to NetLogo agent based code, thereby facilitating an early prototype application to be used by the domain expert. Finally, we applied this approach to explain and analyze the process of deforestation around the Laf Forest Reserve and discuss the prototype resulting from our approach., Cet article présente une application de l’approche de modélisation multi-échelle à base d’agent en s’appuyant sur un modèle spécifique (NMDC) pour décrire et modéliser une classe de problèmes environnementaux. Le modèle NMDC permet à l’expert du domaine de décrire le domaine d’application sous-jacent en termes de concepts environnementaux et ne nécessite pas de compétences techniques spécifiques, ni de détails de mise en oeuvre. Nous montrons comment l’outil TiC (Tool-in-Context) associé développé à partir du modèle NMDC peut aider l’expert du domaine à décrire dans un langage naturel (spécifique) le problème environnemental. Cette description est la base pour l’outil TiC de générer un outil de simulation. A travers cet outil, nous transformons le langage spécifique en code multi-agents NetLogo, facilitant ainsi un premier prototype de l’application pouvant être utilisé par l’expert de domaine. Enfin, nous appliquons cette approche pour expliquer et analyser le processus de déforestation autour de la réserve forestière de Laf et discuter du prototype résultant de notre approche.

Optic neuropathies such as glaucoma are often late-onset, progressive and incurable diseases. Despite the recent progress in clinical research, there are still numerous open questions regarding the etiology of these disorders and their pathophysiology. Furthermore, data on ocular posterior tissues are difficult to estimate noninvasively and their clinical interpretation remains challenging due to the interaction among multiple factors that are not easily isolated. The recent use of mathematical models applied to biomedical problems has helped unveiling complex mechanisms of the human physiology. In this very compelling context, our contribution is devoted to designing a mathematical and computational model coupling tissue perfusion and biomechanics within the human eye. In this thesis we have developed a patient-specific Ocular Mathematical Virtual Simulator (OMVS), which is able to disentangle multiscale and multiphysics factors in a accessible environment by employing advanced and innovative mathematical models and numerical methods. Moreover, the proposed framework may serve as a complementary method for data analysis and visualization for clinical and experimental research, and a training application for educational purposes.; Les neuropathies optiques comme le glaucome sont souvent des maladies tardives, évolutives et incurables. Malgré les progrès récents de la recherche clinique, de nombreuses questions relatives à l’étiologie de ces troubles et à leur physiopathologie restent ouvertes. De plus, les données sur les tissus postérieurs oculaires sont difficiles à estimer de façon non invasive et leur interprétation clinique demeure difficile en raison de l’interaction entre de multiples facteurs qui ne peuvent pas être facilement isolés. L’utilisation récente de modèles mathématiques pour des problèmes biomédicaux a permis de révéler des mécanismes complexes de la physiologie humaine. Dans ce contexte très enthousiasmant, notre contribution est consacrée à la conception d’un modèle mathématique et computationnel couplant l’hémodynamique et la biomécanique de l’oeil humain. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis au point un modèle spécifique au patient appelé simulateur virtuel de mathématiques oculaires (OMVS), capable de démêler les facteurs multi-échelles et multi-physiques dans un environnement accessible en utilisant des modèles mathématiques et des méthodes numériques avancés et innovants. De plus, le cadre proposé peut servir comme méthode complémentaire pour l’analyse et la visualisation des données pour la recherche clinique et expérimentale, et comme outil de formation pour la recherche pédagogique.

Optic neuropathies such as glaucoma are often late-onset, progressive and incurable diseases. Despite the recent progress in clinical research, there are still numerous open questions regarding the etiology of these disorders and their pathophysiology. Furthermore, data on ocular posterior tissues are difficult to estimate noninvasively and their clinical interpretation remains challenging due to the interaction among multiple factors that are not easily isolated. The recent use of mathematical models applied to biomedical problems has helped unveiling complex mechanisms of the human physiology. In this very compelling context, our contribution is devoted to designing a mathematical and computational model coupling tissue perfusion and biomechanics within the human eye. In this thesis we have developed a patient-specific Ocular Mathematical Virtual Simulator (OMVS), which is able to disentangle multiscale and multiphysics factors in a accessible environment by employing advanced and innovative mathematical models and numerical methods. Moreover, the proposed framework may serve as a complementary method for data analysis and visualization for clinical and experimental research, and a training application for educational purposes., Les neuropathies optiques comme le glaucome sont souvent des maladies tardives, évolutives et incurables. Malgré les progrès récents de la recherche clinique, de nombreuses questions relatives à l’étiologie de ces troubles et à leur physiopathologie restent ouvertes. De plus, les données sur les tissus postérieurs oculaires sont difficiles à estimer de façon non invasive et leur interprétation clinique demeure difficile en raison de l’interaction entre de multiples facteurs qui ne peuvent pas être facilement isolés. L’utilisation récente de modèles mathématiques pour des problèmes biomédicaux a permis de révéler des mécanismes complexes de la physiologie humaine. Dans ce contexte très enthousiasmant, notre contribution est consacrée à la conception d’un modèle mathématique et computationnel couplant l’hémodynamique et la biomécanique de l’oeil humain. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis au point un modèle spécifique au patient appelé simulateur virtuel de mathématiques oculaires (OMVS), capable de démêler les facteurs multi-échelles et multi-physiques dans un environnement accessible en utilisant des modèles mathématiques et des méthodes numériques avancés et innovants. De plus, le cadre proposé peut servir comme méthode complémentaire pour l’analyse et la visualisation des données pour la recherche clinique et expérimentale, et comme outil de formation pour la recherche pédagogique.

International audience; The reduction of pollutant emissions is currently a major concern in the aerospace sector. Among the proposed solutions, lean combustion appears as an effective technology to reduce the environmental impact. However, this type of technology may also favour the appearance of combustion instabilities. These instabilities, resulting from a thermo-acoustic coupling, can lead to irreversible damage to the combustion chambers.Experimental studies previously conducted at ONERA on a multipoint injector by Apeloig highlighted the importance of atomization on the instabilities loop. Indeed, the fuel vapour concentration near the injection zone has been shown to fluctuate in accordance with the imposed acoustic perturbation. The driving mechanism would then result from a flapping motion of the liquid jets in the multiple injection points, induced by the gas flow oscillations. This would in turn affect the characteristic convective timescales of the fuel, in the form of a spray or even of thin liquid films on the duct walls.In order to characterize this interaction, this work focuses on the unsteady simulation of a round liquid jet in the presence of a transverse gas flow in a rectangular section duct. Following an experimental study, the multi-scale numerical approach for multi-phase flows, implemented in the ONERA CEDRE code, has been tested in presence of an imposed acoustic perturbation. This approach consists of the coupling of three models: a multi-fluid model able to capture the largest scales of the liquid column atomization; a dispersed phase approach for the atomized spray, and a “Shallow Water” approach for wall films. The coupling of these approaches is provided by dedicated atomization and impact models, which ensure liquid transfer between the three models.Simulation results show that the multi-fluid solver is able to correctly capture the largest scales of the liquid jet. The simulated liquid jet trajectories match the experimental ones, as well as their dynamic response to the imposed acoustic perturbation. As the liquid is transferred to the dispersed phase solver, the jet motion deeply affects the spray formation and behaviour. Good agreement was found on the particle resulting mean velocity, but only partial agreement on the phase delay. An important wall deposition has been detected for particular jet positions as well.

Multiscale modelling of solidification processes is of great interest for industries. However coupling the multiple scale phenomena to reach quantitative large simulations is challenging. This is achieved using a combination of three methods : the Finite Element (FE), the Cellular Automaton (CA) and the Parabolic Thick Needle (PTN). The FE method provides a solution of the conservation equations, written for volume average quantities, that is suitable for large domain size computations. It serves for macroscopic description of heat and mass transfers. Additionally, the CA method tracks the development of the envelope of each individual dendritic grain at a mesoscopic scale. The coupling of these two methods is the CAFE model and was demonstrated to provide efficient and quantitative simulations of the columnar-to-equiaxed transition for instance. The Dendritic Needle Network (DNN) is another mesoscopic method recently introduced. It uses solute mass balance considerations in the vicinity of the tip of the dendrites to compute accurately the growth kinetics. Because it relies on adirect estimation of the composition gradient at the solid-liquid interface, steady state growth regime is no longer assumed. We introduce the Parabolic Thick Needle (PTN) method inspired from the DNN’s computed growth idea for one dendritetip. Its implementation with a FE method to solve the solute flow is extensively validated against analytical results given by the Ivantsov solution. Coupling CAFE with PTN computed growth kinetics provides a unique solidification model. The CA grid handles both the shape of the grain envelopes and branching mechanisms. The FE mesh is used to solve flux and conservation of mass and energy at both the scale of the dendrite tip solute layer and the domain dimensions. It is possible thanks to adaptive remeshing strategies. Various simulations demonstrate the capabilities of the model. The improvement areas are being developed in order to hope, in the long term, for 3D simulation laboratory experiments.; La modélisation multi-échelle des procédés de solidification présente un grand intérêt pour les industries. Toutefois, il est difficile de coupler les phénomènes prenant place à de multiples échelles pour obtenir des simulations quantitatives à grande échelle. Ceci est réalisé en combinant trois méthodes : les éléments finis (FE), un automate cellulaire (CA) et la méthode Parabolic Thick Needle(PTN). La méthode FE permet une résolution des équations de conservation écrites pour des quantités moyennées, ce qui est adapté aux calculs de grands domaines. Elle permet la description macroscopique des transferts de chaleur et de masse. De plus, la méthode CA permet de suivre le développement de l’enveloppe de chaque grain dendritique à une échelle mésoscopique. Le couplage de ces deux méthodes est le modèle CAFE et il a démontré son efficacité pour simuler quantitativement la solidification et notamment la transition colonnaire - équiaxe. Le Dendritic Needle Network (DNN) est une méthode mésoscopique introduite récemment. Celle-ci s’appuie sur la conservation de la masse de soluté à proximité des pointes dendritiques pour calculer avec précision leur cinétique de croissance. Comme cette méthode repose sur l’estimation directe du gradient de composition à l’interface solide/liquide, le régime de croissance n’est plus supposé stationnaire. Nous introduisons la méthode Parabolic Thick Needle PTN reprenant la méthode de croissance du DNN pour une pointe. Elle est implémentée avec une méthode des éléments finis pour résoudre le flux de soluté est largement validé par rapport aux résultats analytiques provenant de la solution d’Ivantsov. Le couplage du CAFE avec la cinétique de croissance provenant du PTN permet d’obtenir un modèle unique de solidification s’appuyant sur 3 échelles. La grille CA gère à la fois la forme des enveloppes des grains et les mécanismes de ramification. Le maillage FE est utilisé pour résoudre les problèmes de flux et de conservation de masse et d’énergie à la fois à l’échelle de la couche de soluté de la pointe et à l’échelle du domaine simulé. Ceci est rendu possible grâce à une stratégie de remaillage anisotrope multi-critères. Diverses simulations démontrent les capacités du modèle. Les pistes d’amélioration sont développées pour espérer, à terme, une simulation 3D d’expériences de laboratoire.

In this work, we use of a high-complexity micromodel of fixed structure on which we perform a series of experiments with varying injection rates, foam qualities, inlet bubble size distributions and injection methods. We perform individual bubble tracking and associate flow properties with bubble size properties and structural characteristics of the medium. We propose new tools describing the local and global flow in different ways. We establish specific behaviors for different bubble sizes, demonstrating that trapped foams are more likely to have smaller than average bubble sizes, while flowing bubbles also tend to segregate in different flow paths according to bubble size. Larger bubbles tend to flow in high-velocity preferential paths that are generally more aligned with pressure gradient, but smaller bubbles tend to access in supplement transversal paths linking the different preferential paths. Furthermore, for our data we establish the pre-eminence of the trapped foam fraction over bubble density within the microscopic explanation of apparent viscosity, although both contribute to some degree. We structurally characterize consistently trapped zones as areas with either low pore coordination, low entrance throat size, unfavorable throat orientation or a combination thereof. High-flow zones however cannot be characterized in terms of local structural parameters and necessitate integration of complete path information from the entire model. In this regard, in order to capture the high-flow zones, we develop a path-proposing model that makes use of a graph representation of the model, from an initial decomposition into pores and throats, that uses only local throat size and throat orientation relative to pressure gradient to characterize paths.; Pour ce travail, nous utilisons un micromodèle à haute complexité et à structure fixe pour faire une série d’expériences en variant la vitesse d’injection, la qualité de la mousse, les distributions de taille de bulles d’injection, et la méthode d’injection. Nous mettons en œuvre un suivi individuel de bulles pour associer les propriétés d’écoulement aux propriétés de taille de bulles ainsi que les caractéristiques structurelles du milieu poreux. Nous proposons de nouveaux outils pour décrire l’écoulement d’un point de vue global et local de différentes manières. Nous établissons des comportements spécifiques à chaque taille de bulle, en montrant que les bulles des mousses piégées sont plus probables d’être de taille inférieure aux tailles de bulles moyennes, alors que les mousses en mouvement accèdent elles-mêmes à différents chemins d’écoulement selon les tailles de bulles. Les bulles plus volumineuses s’écoulent en majorité dans des chemins préférentiels à haute vitesse, généralement parallèles au gradient de pression, mais les petites bulles sont transportées en supplément à l’intérieur de chemins transversaux liant les chemins préférentiels. Ailleurs, pour nos données nous démontrons l’importance supérieure de la fraction de mousse piégée vis-à-vis de la densité de bulles quant à l’explication microscopique de la viscosité apparente, malgré une contribution des deux. Nous caractérisons structurellement les zones piégées à répétition, comme étant soit des zones à faible coordination de pore, de faible taille de seuil d’entrée, d’orientation de seuil désavantageuse, ou une combinaison de ceux-ci. Les zones à fort écoulement échappent à une caractérisation en termes de paramètres de structure locale et nécessitent une considération de l’information des différents chemins traversant la totalité du modèle. À ce but, afin de décrire les zones à fort écoulement, nous développons un modèle générant des chemins, utilisant une représentation en graphe du milieux poreux, basé sur une décomposition initiale en pores et seuils, qui intègre seulement les notions de taille de seuil et d’orientation de seuil relatif au gradient de pression pour caractériser les chemins.

The use of ceramic matrixcomposite technologies in the hot areas of aircraft engines has become a reality on the LEAP engine. In this context, SAFRAN Group develops technologies in Ceramic Matrix Composite (CMC), based on liquid and/or CVI densification oftextile preforms obtained by 3D weaving. To understand the mechanical behavior of these materials and parts, it is necessary to understand the links between their architecture at different scales and their global and local thermomechanical behavior. Multi-scale studies allow us to define multiaxial damage criteria and optimize the architecture of the material and parts. The relevance of multi-scale approaches (modeling and testing) for the CMC materials has been demonstrated on the elastic behavior via several works on the scale of the VER [1,2]. The objectives here are, on the one hand, to make these tools more robust so that they can be used by parts designer[3], and on the other hand to extend the area of validity to non-linear behaviors (damage, creep ...)[4]., L'introduction des technologies composites dans les zones chaudes des moteurs d'avion est devenue une réalité sur le moteur LEAP. Dans ce contexte de céramisation des moteurs, le groupe SAFRAN développe des technologies en composite à matrice céramique (CMC), reposant sur la densification par voie liquide ou gazeuse de préformes textiles obtenues par tissage 3D. Afin de comprendre le comportement mécanique de ces matériaux et de ces pièces, il est nécessaire d’établir les liens existants entre leur architecture aux différentes échelles et leur comportement thermomécanique global et local. Les études multi-échelles permettent d’une part de définir des critères multiaxiaux d’endommagement, mais aussi d’optimiser l’architecture du matériau et des pièces.La pertinence des approches multi-échelles(modélisations et essais expérimentaux) pour les matériaux CMC a été démontrée sur le comportement élastique via plusieurs travaux à l’échelle du Volume Elémentaire Représentatif VER[1,2]. Les objectifs ici sont d’une part de rendre ces outils plus robustes pour qu’ils soient utilisables pour les concepteurs matériau mais aussi en bureau d’étude sur des pièces[3] et, d’autre part,d’étendre le domaine de validité aux comportements non-linéaires (endommagements, fluage,...)[4].

International audience; Bio-composites still face some obstacles which are slowing down their development in new industries, due to the hydrophilic behavior of natural fibers. The aim of the present study is to investigate the multi-scale moisture diffusion phenomena in a unidirectional bio-composite material reinforced with flax fibers. The effects of fiber fraction, coupling agent and relative humidity on diffusion kinetics have been studied also. The investigatedcomposites consist of a polypropylene matrix with various flax fiber contents, to which maleic anhydride was added as a coupling agent. Samples were submitted to wet aging at two different relative humidity conditions (75% and 95%) and at a temperature of 23⁰C. Results have shown significant increase of moisture absorption with the increase of fiber content and relative humidity. However, after adding the coupling agent, composites have shown adecrease in moisture absorption due to the better adhesion at the fiber/matrix interface. It is noteworthy that once the fibers are incorporated in the matrix, the overall macroscopic property of the composite does not satisfy the classical lawsof mixtures, even for the maximum moisture absorption capacity.; En raison du comportement hydrophile des fibres naturelles, les bio-composites à base de fibres végétales et de matrice polymérique rencontrent encore des obstacles qui freinent leur développement à grande échelle.L'objectif de cette étude est donc d'évaluer les phénomènes d'absorption de l'humidité à plusieurs échelles au sein d'un matériau bio-composite unidirectionnel renforcé de fibres de lin. Les effets du taux de fibres, de l'agent couplant et de l'humidité relative sur la cinétique de diffusion sont également étudiés. Les matériaux sont constitués d'une matrice polypropylène (avec ou sans agent couplant: anhydride maléique) avec différents taux de fibres. Les échantillons ont été soumis à un vieillissement humide à deux humidités relatives(75% et 95%)et à une température de 23°C. Les résultats montrent une augmentation significative de l'absorption d'humidité avec l'augmentation du taux de fibres et de l'humidité relative. Cependant, avec l’ajout d'agent couplant, les composites présentent une diminution de leur hydrophilie,attribuée à une meilleure adhérence à l'interface fibre/matrice. Il est intéressant de noter qu’une fois les fibres incorporées dans la matrice, les propriétés macroscopiques globales du composite ne satisfont pas la loi des mélanges classique, particulièrement ence qui concerne la capacité maximale d’absorption d’humidité.

International audience; Compressive strength is an essential property of carbon-epoxy composites used in competitive boating. The variability of the results obtained according to the resins used testifies to the importance of a precise prediction of the influence of the properties of the constituents. It is proposed to use a multi-scale model to predict shear behavior of the 0 ̊fold which is subsequently used in an analytical model for prediction of compressive strength. The multi-scale model is a hexagonal elementary volume (VER) whose constituent properties (fiber / resin) are obtained by experimental characterizations. The calculated UD shear and computed compressive strength are compared to the experimental In-Plane Shear (IPS) and4-point bend test results.; La résistance en compression est une propriété essentielle des composites carbone-epoxy utilisés dans le nautisme de compétition. La variabilité des résultats obtenus en fonction des résines utilisées témoigne de l’importance d’une prédiction précise de l’influence des propriétés des constituants. Il est proposé d’utiliser un modèle multi-échelle pour prédire le comportement en cisaillement du pli à 0 ̊qui est par la suite utilisé dans un modèle analytique permettant la prédiction de la résistance en compression. Le modèle multi-échelle est un volume élémentaire représentation (VER) hexagonal dont les propriétés des constituants (fibre/résine) sont obtenues par des caractérisations expérimentales. Le cisaillement UD généré et la résistance en compression calculés sont comparés aux résultats expérimentaux de tests ’In-Plane Shear’ (IPS)et essais de flexion 4 points

A method is proposed to solve large heterogeneous linear structures without scale separation assumption. The technique called Generalized FE2 method (GFE2) uses principles of the FE2 method originally introduced to solve multi scale problems and aims to approximate the full field solution in heterogeneous structures without any scale separation assumption by performing parallel calculations on subdomains. In the linear case, treated in this paper, direct linear relationships can be established between a reduced number of parameters describing Dirichlet boundary conditions on the subdomains and the solution on a coarse mesh. The accuracy of the method is analyzed through benchmarks, and applications to large industrial finite element applications are presented, including one involving around 1.3 billion degrees of freedom, Une nouvelle méthode multi échelle est proposée pour résoudre des problèmes linéaires de structures hétérogènes. Une solution approchée capable de capturer toutes les hétérogénéités est construite en combinant les solutions de problèmes aux limites sur des sous-domaines et un calcul de structure globale avec un maillage grossier. Des exemples numériques sur des structures académiques et des structures industrielles sont présentés dont un calcul allant jusqu’à 1,3 milliard dedegrés de liberté.