EDF souhaite conforter la justification de l'intégrité des cuves de réacteurs nucléaires à eau pressurisée, basées sur l'amorçage de fissure, par le concept d'arrêt de fissure. L'objectif de la thèse est de consolider les travaux de prévision de l'arrêt des fissures fragiles dans l'acier de cuve. Des essais d'arrêt de fissure isothermes réalisés entre -150°C et -50°C sur des éprouvettes CT et sur des anneaux en compression ont été analysés. Les analyses fractographiques montrent que la propagation et l'arrêt de fissure se produisent en clivage même si de la déchirure ductile précède la propagation instable de fissure. Un critère local d'arrêt de fissure fragile est appliqué lors de calculs par éléments finis en élastoviscoplasticité et en dynamique : la rupture se produit si la contrainte principale maximale est égale à une contrainte critique. Ce critère permet de bien prédire les vitesses de propagation ainsi que les longueurs de fissure à l'arrêt. La contrainte critique augmente avec la température en relation avec les signes de dissipation observés sur les surfaces de rupture. Une dépendance du critère à la géométrie est observée. Elle peut être liée aux hypothèses de calculs réalisés en bidimensionnel. L'étude de la dynamique de la structure montre que le phénomène d'arrêt de fissure est fortement lié à la dynamique globale de la structure : l'arrêt et la fermeture de la fissure interviennent simultanément.

Ce travail de thèse porte sur les liens entre les conditions opératoires du procédé de mise en œuvre par mélange à l'état fondu et la structure de nanocomposites polypropylène/argile, ainsi que sur l'influence de l'état de dispersion de l'argile sur les propriétés mécaniques des matériaux obtenus. L'étude est basée sur des essais expérimentaux. Les analyses structurales sont réalisées en s'appuyant sur la rhéologie, la diffraction de rayons X ainsi que sur des observations en microscopie électronique.Les études en mélangeur interne ont montré, d'une part, que l'augmentation de la concentration en agent compatibilisant (PP-g-MA) favorise la dispersion de l'argile à l'échelle manométrique tout en augmentant la fragilité des nanocomposites, et d'autre part, que le mélange par voie mélange maître permet d'améliorer considérablement l'état de dispersion comparativement à la voie directe. Les essais réalisés en extrusion bivis corotative ont permis de mettre en évidence l'impact de la vitesse de rotation des vis (N), du débit d'alimentation (Q) et de la température de régulation (Trég) sur l'état de dispersion. L'influence de ces trois variables peut être décrite à l'aide d'un paramètre unique : l'énergie mécanique spécifique (EMS). L'accroissement de l'EMS entraîne une augmentation du niveau d'exfoliation jusqu'à une valeur critique au-delà de laquelle les conditions opératoires ne semblent plus influencer l'état de dispersion. Une relation entre le module de Young des nanocomposites et le niveau d'exfoliation a été établie. Le logiciel LUDOVIC© nous a permis de montrer que l'EMS permet également une bonne description de la progression de l'état de dispersion le long du profil d'extrusion. Enfin, l'étude du comportement thixotrope des nanocomposites à l'état fondu a notamment permis de comprendre que le principe de superposition temps-température ne s'applique pas systématiquement aux nanocomposites étant donné leur caractère évolutif.

La technologie de piles à combustible PEM (Proton Exchange Membrane) voit encore sa commercialisation limitée du fait de son coût élevé. L'un des éléments les plus coûteux est le catalyseur, constitué de platine, métal noble, représentant 25 % du coût global. L'étude mise en place dans le cadre de cette thèse s'oriente vers l'amélioration de l'utilisation de cet élément. La voie de nanostructuration s'avère d'un intérêt majeur afin de maintenir des tailles de structure proposant des propriétés électrocatalytiques intéressantes. De plus, l'élaboration électrochimique de catalyseurs présente l'avantage majeur de remplir l'une des conditions nécessaires en pile à combustible : le contact électronique. La réunion des deux précédents points nous a permis de mettre en place un procédé d'élaboration électrochimique de nanostructures, ensuite charactérisées par méthodes électrochimiques et physiques afin d'évaluer et de comprendre leurs propriétés catalytiques.

La modélisation de vagues et de leur impact côtier et offshore (déferlement, interactions avec les structures, tsunami) reste un problème difficile à appréhender du fait de la complexité des phénomènes physiques mis en jeu. Dans cette thématique, une étude numérique des processus physiques est effectuée dans le cadre de cette thèse. L'objectif de la thèse est ainsi d'améliorer le domaine de validité du code en y développant des méthodes numériques performantes qui permettraient une grande précision des résultats des simulations et des gains en temps de calcul. Le modèle numérique utilisé repose sur les équations d'Euler 3D multi-fluides. Une méthode de compressibilité artificielle permet une approche explicite et une parallélisation efficace. Le modèle bi-fluide à faible Mach, déjà validé avec des données expérimentales, repose sur une approximation par volumes finis avec un schéma de Godunov du second ordre en temps et en espace. Dans le cadre de nos travaux, une modification de la technique d'intégration en temps du solveur basée sur l'intégration d'Adams-Bashforth multi-pas avec une approche multi-échelle dans laquelle le pas de temps est ajusté à la taille locale du maillage et une méthode de compression d'interface pour une meilleure précision de l'interface entre les fluides sont implémentées dans le code. Ces méthodes numériques ont été validées avec des mesures expérimentales dans le cas d'un déferlement 2D et de la rupture 3D de barrage avec obstacle. Des comparaisons expérimentales et numériques ont permis de constater la pertinence des développements apportés au logiciel avec une amélioration de la précision des résultats et une diminution des temps de calcul.

Ce mémoire de thèse a été consacrée à étudier expérimentalement la perméabilité relative au gaz et à l'eau des matériaux cimentaires partiellement saturés, et à simuler numériquement le transfert d'eau dans le béton. La perméabilité relative d'un mortier de référence et d'un béton utilisé dans un centre de stockage de déchets radioactifs a été mesurée. Une méthode de mesurer la perméabilité relative à l'eau de deux bétons CEM I et CEM V, qui seront utilisés dans un stockage profond, a été proposée. Mais les quantités d'eau mis en jeu n'ont pas permis d'exploiter cette approche. Ceci indique la prépondérance de la capillarité sur la perméation lors du processus de saturation du matériau. On a ensuite mesuré la sorption capillaire de deux bétons CEM I et CEM V. A la même saturation en eau, la perméabilité relative au gaz de l'échantillon pré-traité par l'imbibition capillaire est moins grande que celle de l'échantillon pré-traité par adsorption sous humidité relative. Un double-modèle de rétention a été proposé qui peut bien modéliser l'isotherme de sorption des bétons CEM I et CEM V. La perméabilité relative au gaz et à l'eau est déduite. L'hystérésis de l'isotherme de sorption entraîne l'hystérésis de la perméabilité relative à l'eau tandis que la perméabilité relative au gaz n'a pas d'hystérésis remarquable. Avec le double-modèle de rétention et les courbes de la perméabilité relative à l'eau, on a pu simuler le processus de sorption sous humidité relative en utilisant une propre perméabilité intrinsèque à l'eau qui est dans le domaine de valeurs mesurées tandis que on n'a pas réussi à simuler l'imbibition capillaire à cause de la cinétique différente

Cette thèse, qui s'inscrit dans le contexte du projet ANR DIB, vise à la simulation par méthode hybride (DDES) de l'écoulement turbulent autour d'une plaque épaisse (Re = 80000), à une confrontation détaillée du mouvement instationnaire prédit avec une base de données expérimentale, et à l'étude des mécanismes à l'origine des fluctuations de pression à la paroi. L'écoulement présente successivement un fort décollement associé à l^acher tourbillonnaire en forte interaction avec la paroi, un recollement moyen puis un lent rétablissement vers une couche limite développée. L'attention est portée sur la région en aval du recollement. Les caractéristiques moyennes et instationnaires de l'écoulement sont étudiées au moyen d'outils statistiques classiques, ainsi que d'analyses de type moyenne conditionnelle, POD, LSE et Extended POD, dans leur version multi-temps. Un bon accord calcul/expérience est obtenu, et l'évolution des structures de grande échelle en aval du recollement est bien reproduite par la simulation. L'analyse est ensuite prolongée, notamment en ce qui concerne la tridimensionnalité de l'écoulement, ainsi que l'étude des différentes contributions à la pression pariétale fluctuante (termes source linéaire et non linéaire). Les analyses de type LSE basées sur la pression mettent en évidence des structures de type rouleaux portant une faible énergie, alors qu'on obtient des structures de type \hairpin" quand celles-ci sont basées sur la vitesse. Un résultat important de l'étude des termes contribuant à la pression est la dominance du terme non-linéaire, qui explique la faible énergie portée par les structures estimées à partir de la pression par des outils linéaires.

Ce travail de thèse est consacré au développement d'une approche numérique permettant de conduire des simulations "low Mach number" d'écoulements réactifs. L'algorithme d'intégration retenu pour procéder à la résolution des équations de transport repose sur une méthode implicite de prédiction-correction (méthode de projection). Une contrainte physique est retenue pour garantir que le champ de vitesse est résolue correctement. Le code de calcul est soumis à plusieurs séries de vérifications préliminaires basées sur l'emploi de la méthode solution manufacturées pour des conditions incompressibles d'abord puis à masse volumique variable qui permettent de statuer quant à la bonne implémentation des schémas numériques retenus. Les performances de l'outil numérique en terme de stabilité et de robustesse sont elles-aussi analysées dans des situations simples: couche de mélange à densité variable en développement spatial et temporel. Le modèle numérique final repose sur l'emploi d'une méthode hybride LES / PDF. Pour ce qui concerne la représentation de la turbulence, deux fermetures sont implémentées pour représenter l'effet des fluctuations de vitesse non résolues. Il s'agit du modèle de Smagorinsky dans sa version dynamique ou non. La spécification de conditions aux limites turbulentes réalistes est elle-aussi analysée en détail et trois approches différentes sont considérées. Pour ce qui concerne la combustion, l'influence des fluctuations de composition aux échelles non résolues est pris en compte par le biais d'une résolution de la PDF scalaire de sous maille. Le modèle de PDF correspondant repose sur l'emploi d'une méthode de Monte Carlo. Des équations différentielles stochastiques, équivalentes aux équations de Fokker-Planck, sont résolues pour la variable de progrès de la réaction chimique. L'objectif final est aussi de pouvoir procéder, à moyen terme, à des simulations LES en géométries complexes et l'emploi du calcul distribué est essentiel. De ce point de vue, la méthode de décomposition de domaine retenue dans ce travail montre des niveau de performances relativement satisfaisants. Les capacités du modèle numérique résultant de ces développements sont illustrées sur deux configurations expérimentales. La première géométrie correspond à un écoulement très fortement turbulent de réactifs pré-mélangés dans un canal bidimensionnel. La seconde correspond à un jet rapide et non confiné de réactifs pré-mélangés.

Cette thèse porte sur l'étude des performances du moteur linéaire de référence par la méthode d'analyse éléments finis, et la conception optimale sur un modèle lourd en temps de calcul. La méthode éléments finis est utilisée pour étudier les performances du moteur linéaire de référence, car le modèle analytique d'un moteur linéaire est difficile à construire dû aux effets d'extrémités. Le modèle éléments finis (MEF) 2D permet de prendre en compte l'effet d'extrémité de longueur finie. L'effet d'extrémité de largeur finie est intégré au modèle 2D en faisant varier la conductivité du secondaire et en ajoutant une inductance de tête de bobines. Ensuite, le couplage entre le MEF 3D magnétique et thermique permet de prendre en compte tous les effets d'extrémité et de l'influence de la température. Un banc d'essais est construit pour valider les modélisations éléments finis. La comparaison entre les différents modèles montre l'importance du modèle couplé. L'optimisation directe sur un MEF est très couteuse en temps de calcul. Les stratégies d'intégrer un modèle de substitution au lieu d'un MEF sont étudiées. L'optimisation directe sur un modèle de substitution et l'algorithme Efficient Global Optimisation (EGO) sont comparés. Un algorithme Space Mapping (SM) 3 niveaux est proposé. Les résultats des cas tests montrent que le SM 3 niveaux est plus efficace par rapport à l'algorithme SM 2 niveaux. Une nouvelle stratégie d'optimisation avec un faible budget d'évaluation du MEF est proposée et testée dans le contexte d'une modélisation difficile. La stratégie proposée permet d'évaluer les MEF en parallèle, ainsi permet un gain considérable de réduction du temps d'optimisation.

Depuis plusieurs années, l'IRSN mène en parallèle des programmes de recherche expérimentaux et numériques sur les incendies en milieu confiné et ventilé mécaniquement. Plusieurs essais ont montré que dans certaines configurations, le niveau d'oxygène du local en feu décroît et se stabilise de telle manière que le débit massique de combustible s'adapte au niveau de ventilation du local. Cette situation peut conduire à la consommation de la totalité de combustible disponible initialement, mais à un débit massique très faible comparé à celui du même foyer en atmosphère libre. Il en résulte une durée de feu 2 à 3 fois supérieure à celle obtenue en milieu ouvert ce qui est susceptible de remettre en cause le dimensionnement d'éléments de sectorisation tels que des portes coupe-feu. L'objectif du travail de thèse est de déterminer une modélisation de l'évolution de la puissance du foyer jusqu'à son extinction. Les effets de la viciation de l'air ambiant par les produits de la combustion sur le débit massique de combustible (MLR) sont les principaux processus pris en compte dans le modèle. Ainsi, une approche théorique, basé sur le bilan énergétique à la surface de combustible, permettant de prédire le débit massique de combustible ainsi que de reformuler la corrélation de Peatross et Beyler, a été proposée. Le principal avantage de cette approche est de pouvoir quantifier l'évolution des composantes convectives et radiatives du flux thermique issus de la flamme vers le bac de combustible, en fonction de la viciation de l'air. Celle-ci a été validée avec le code CFD " ISIS ", développé par l'IRSN sur des résultats obtenus lors du programme expérimental PRISME, réalisé à l'IRSN. La comparaison des résultats a révélé que cette approche est en bon accord avec les données expérimentales. En parallèle à ce travail, des essais expérimentaux à échelle réduite ont été réalisés sur des feux d'heptane au laboratoire LCD (CNRS - Institut PPRIME), le principal but étant d'étudier les phénomènes prépondérants liés au confinement du local et au régime de la sous-ventilation. Ces données expérimentales ont servi à valider les approches théoriques développées durant la thèse pour prédire le MLR en milieu confiné. Une méthode expérimentale originale a été mise en oeuvre pour découpler les mesures des flux thermiques reçus à la surface du bac d'heptane sous l'effet d'un rayonnement externe. Ces essais ont également permis d'étudier l'influence de la ventilation et de la taille du foyer sur la dégradation de combustible. Cette étude ouvre certaines perspectives de recherche. Pour estimer la durée du feu, le phénomène d'extinction de la flamme doit être traité de façon plus détaillée en tenant compte de la chimie se déroulant dans la flamme. Du point de vue de l'expérience, l'étude d'autres combustibles liquides (alcènes, cétones,...) et solides, dont les essais sont plus difficilement reproductibles, serait nécessaire afin d'étendre les résultats de cette étude.

Le refroidissement par film froid consiste à refroidir une paroi en injectant un écoulement froid pour protéger celle-ci. Un banc d'essai simplifié d'une configuration d'étude de " film cooling " a été réalisé pour caractériser l'influence d'un écoulement chauffé et pulsé provenant d'un trou cylindrique incliné à 30° dans un écoulement principal thermiquement uniforme. Les taux de soufflage (M ) étudiés sont égaux à 0,65, 1 et 1,25. Les pulsations ont été générées par un hautparleur à des fréquences de pulsation adimensionnalisées ( St ) de 0, 0,2, 0,3 et 0,5. Les aspects aérodynamiques et thermiques de l'écoulement ont été étudiés, en utilisant des techniques de mesure avancées incluant la P.I.V. résolue en temps, la thermographie infrarouge, la vélocimétrie filchaud et la thermométrie fil-froid. Pour M = 0,65, sans pulsation, l'écoulement injecté couvre une partie importante de la paroi. Dans le cas pulsé, cette distribution optimale est considérablement dégradée quelque soit la fréquence de pulsation. Pour M =1 et 1,25, sans pulsation, on observe un décollement de l'écoulement qui dégrade la protection film de la paroi. Dans ces cas, la pulsation induit de grandes variations spatiales à la fois de la trajectoire, de l'éclatement du jet et du passage des structures turbulentes dans le sillage de jet à cause de la variation périodique du débit de jet. On a constaté que la pulsation améliore la protection de la paroi pour des excitations de basse fréquence pour des taux de soufflage important (M = 1 et 1,25).