Lors de l’usinage, les conditions de pression et de température à la surface usinée sont trèsélevées. La microstructure et l’état mécanique du matériau sont impactés, ce qui a desconséquences sur la réactivité chimique de la surface usinée. Dans cette thèse, ons’intéresse au tournage de superfinition de l’acier inoxydable martensitique X4CrNiMo16-5-1traité thermiquement (dénommé APX4 optimisé). Il présente la particularité d’êtremultiphasé à la température ambiante (martensite, ferrite et austénite). L’objectif est dequantifier les relations entre les conditions de coupe, les propriétés d’usage et ladégradation par corrosion des surfaces usinées. Des essais d’usinage en coupe orthogonale(type QST) ont été réalisés afin de comparer directement les résultats expérimentaux auxprédictions numériques 2D des surfaces usinées.Les changements de phase du matériau ont été étudiés par des essais de calorimétriejusqu’à 1200°C. Les cycles thermiques réalisés ont mis en évidence différentestransformations métallurgiques. L’étude bibliographique complémentaire permet deconclure quant aux possibilités de transformation de phase en usinage, qui sont quasiinexistantes du fait des cinétiques de chauffage extrêmement élevées en tournage.Les échantillons usinés ont été caractérisés avec une étude microstructurale parmicrographie optique et par MEB-EBSD. Ces deux techniques mettent en évidence lesdéformations importantes en extrême surface indiquées par l’étirement des îlots de ferriteparallèlement à la surface usinée. Ces résultats microstructuraux ont été mis en relationavec les résultats de microdureté Vickers. Une relation de la dureté superficielle a étéexprimée en fonction des conditions de coupe. La technique EBSD a permis de montrer pourles échantillons usinés dans les conditions les plus sévères la déformation de la ferrite avecapparition de sous-joints de grain, un affinement microstructural de la martensite et uneaccentuation de l’affinement de la matrice martensitique à proximité de la ferrite déformée.Une simulation numérique de prédiction des déformations à l’échelle macroscopiquea été réalisée. Ces résultats numériques ont été comparés aux résultats de déformation etde microdureté issus d’une campagne d’essais. Des essais numériques complémentairesappliqués à l’échelle de la microstructure (matériau considéré biphasé) permettent ded’appréhender la déformation de la phase ferritique et son influence locale sur ladéformation de la matrice martensitique. Ces résultats sont cohérents avec les résultatsexpérimentaux.Les phénomènes de corrosion par piqûres ont été étudiés par le biais d’essais depolarisation à l’aide de la microcellule électrochimique et d’essais spécifiques pulsés. Cesderniers essais ont permis l’analyse des piqûres générées (en diamètre et en densité). Larésistance à la corrosion localisée des surfaces d’acier inoxydable martensitique reste bonneaprès usinage, même améliorée (densité de piqûres plusieurs fois plus faible que l’état deréférence). Ce comportement est corroboré à l’état de compression de la surface.La microdureté de surface, qui est contrôlée majoritairement par l’avance, conditionne lepotentiel de piqûre. L’augmentation du diamètre de piqûre a été reliée à l’affinementmicrostructural (observé à partir d’un certain seuil de microdureté superficielle). / During machining, pressure and temperature conditions at the machined surface are veryintensive. Machined material microstructure and mechanical state are changed, whichimpacts the chemical reactivity of the machined surface. In this PhD study, we focus onsuperfinish turning of heat treated martensitic stainless steel X4CrNiMo16-5-1 (namedoptimized APX4). It has to be mentioned that this material has a multiphased microstructureat ambient temperature (martensite, ferrite and austenite). The aim is then to quantifyrelationships between cutting conditions, properties and the deterioration (corrosion) ofmachined surfaces. Machining trials in orthogonal cutting configuration (QST) have beenrealized in order to compare experimental results directly to 2D numerical forecast ofmachined surfaces.Material phase transformations have been studied by calorimetry tests until 1200°C. Testshave evidenced different metallurgical transformations. The complementary bibliographystudy allows to conclude that phase transformation possibilities during machining are veryquasi nonexistent due to extremely high heating kinetics in turning.Machined samples have been characterized by a microstructural study by opticalmicrography and SEM-EBSD. Both techniques highlight high strains in extreme machinedsurface as indicated by the stretching of ferrite islands in parallel to the machined surface.Microstructural results have been linked to the Vickers microhardness results. Surfacehardness has been expressed as a function of the cutting conditions.EBSD measurements have shown for machined samples in the most severe conditionsstraining of the ferrite with low angle grain boundaries, microstructural refining ofmartensite and heightening of martensitic matrix close to the strained ferrite.A numerical simulation predicting strains at the macroscopic scale has been carried out.These numerical results have been compared to strain and microhardness results arise fromone trials campaign. Further numerical simulations applied at the microstructure level(considered as biphased material) allow understanding of ferritic phase strain and its localinfluence on martensitic matrix strain. These results are consistent with experimentalresults.Pitting corrosion phenomenon has been studied by polarization testing using theelectrochemical microcell and specific pulsed testing. Last used method has been conductedto analyze the generated pits (diameter and density). Localized corrosion resistance ofmachined martensitic stainless steel surfaces remains good, even improved (few times lowerpitting density than the reference state). This behaviour is corroborated to the compressivestate of the surface.Surface microhardness, which is mainly controlled by the feed rate, conditions the criticalpitting potential. Increased pitting diameter has been linked to microstructural refining(observed above a surface microhardness level).

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de l’Interaction mécanique Pastille-Gaine (IPG) se produisant dans les crayons combustibles des réacteurs à eau pressurisée. Ce mémoire porte sur le développement de méthodes de raffinement de maillage permettant de simuler plus précisément le phénomène d’IPG tout en conservant des temps de calcul et un espace mémoire acceptables pour des études industrielles. Une stratégie de raffinement automatique basée sur la combinaison de la méthode multi-grilles Local Defect Correction (LDC) et l’estimateur d’erreur a posteriori de type Zienkiewicz et Zhu est proposée. Cette stratégie s’appuie sur l’erreur fournie par l’estimateur pour détecter les zones à raffiner constituant alors les sous-grilles locales de la méthode LDC. Plusieurs critères d’arrêt sont étudiés afin de permettre de stopper le raffinement quand la solution est suffisamment précise ou lorsque le raffinement n’apporte plus d’amélioration à la solution globale.Les résultats numériques obtenus sur des cas tests 2D élastiques avec discontinuité de chargement permettent d’apprécier l’efficacité de la stratégie proposée.Le raffinement automatique de maillage dans le cas de problèmes de contact unilatéral est ensuite abordé. La stratégie proposée dans ce travail s’étend aisément au raffinement multi-corps à condition d’appliquer l’estimateur d’erreur sur chacun des corps séparément. Un post-traitement est cependant souvent nécessaire pour garantir la conformité des zones de raffinement vis-à-vis des frontières de contact. Une variété de tests numériques de contact entre solides élastiques confirme l’efficacité et la généricité de la stratégie proposée. / This Ph.D. work takes place within the framework of studies on Pellet-Cladding mechanical Interaction (PCI) which occurs in the fuel rods of pressurized water reactor. This manuscript focuses on automatic mesh refinement to simulate more accurately this phenomena while maintaining acceptable computational time and memory space for industrial calculations. An automatic mesh refinement strategy based on the combination of the Local Defect Correction multigrid method (LDC) with the Zienkiewicz and Zhu a posteriori error estimator is proposed. The estimated error is used to detect the zones to be refined, where the local subgrids of the LDC method are generated. Several stopping criteria are studied to end the refinement process when the solution is accurate enough or when the refinement does not improve the global solution accuracy anymore.Numerical results for elastic 2D test cases with pressure discontinuity shows the efficiency of the proposed strategy.The automatic mesh refinement in case of unilateral contact problems is then considered. The strategy previously introduced can be easily adapted to the multibody refinement by estimating solution error on each body separately. Post-processing is often necessary to ensure the conformity of the refined areas regarding the contact boundaries. A variety of numerical experiments with elastic contact (with or without friction, with or without an initial gap) confirms the efficiency and adaptability of the proposed strategy.

L'hyperdéformation est une technique efficace pour transformer la microstructure des métaux en une structure de grain de taille inférieure au micron ou même en nanostructure (<100 nm). Cette très petite taille de grain confère d'excellentes propriétés mécaniques au matériau. Dans ce travail de thèse, deux techniques d'hyperdéformation récemment développées, appelées High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) ont été appliquées à température ambiante sur différents matériaux métalliques. La fragmentation de la microstructure ainsi que le développement de la texture cristallographique ont été analysés en détails par la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD), par microscopie électronique en transmission (TEM), par transmission Kikuchi diffraction (TKD) ainsi que par diffraction des rayons X (XRD). Le gradient de déformation de cisaillement dans l'épaisseur des tubes d'aluminium déformés par HPTT a été déterminé par une méthode de mesure locale du cisaillement. Ce gradient de cisaillement induit une hétérogénéité aussi bien de microstructure que de texture dans les échantillons d'aluminium et de magnésium purs ainsi que dans l'alliage Al-4%Mg en solution solide. La micro-dureté et la taille de grain dans différentes zones ont été mesurées et analysées en fonction du taux cisaillement local. Les tailles de grain limites atteintes de façon stationnaire pour ces différents matériaux produit par HPTT sont respectivement de 700 nm, 900 nm et 100 nm. L'évolution de texture du magnésium pur après HPTT jusqu'à un cisaillement de 16 a été simulée par cisaillement simple par le model auto-cohérent (VPSC), le résultat de simulation a montré de bons accords avec les mesures de texture obtenues par XRD. Sur la base des mesures de distribution de désorientation dans l'aluminium déformé par HPTT, une nouvelle technique de détermination du taux de cisaillement local dans les procédés d'hyper déformation a été proposée. Cette nouvelle technique a été appliquée sur deux échantillons d'aluminium produit par twist extrusion (TE) et par torsion à extrémités libres. Les échantillons d'aluminium et de cuivre ont été déformés intensément par CEE. Les évolutions de texture et de microstructures ont été mesurées par EBSD, montrant un gradient du centre à la périphérie des échantillons cylindriques. L'évolution de texture dans le cuivre déformé par CEE a été simulée par le modèle VPSC en utilisant un modèle de ligne de courant pour décrire la déformation dans le procédé. Les résultats de simulation confirment les caractéristiques de la texture expérimentale observées après CEE. Le comportement en traction du cuivre pré-déformé par grande déformation en torsion a ensuite été testé. En dépit du gradient de cisaillement existant dans la barre, une technique a été proposée pour obtenir la courbe contrainte-déformation pour ce type de matériau. / Severe plastic deformation (SPD) is an efficient technique to transform the microstructure of bulk metals into ultra fine grained structure with grain sizes less than 1 µm or even into nanostructure with nano-grains of less than 100 nm in diameter. The very small grain size attributes excellent mechanical properties to the material. In present thesis work, two recently developed SPD techniques, namely, High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) were performed on different metallic materials at room temperature. Details of fragmentation of microstructure and metallographic texture evolution were investigated by electron backscattered diffraction (EBSD), transmission electron microscopy (TEM), transmission kikuchi diffraction (TKD) and X-ray diffraction (XRD). Shear strain gradient across the thickness of the HPTT deformed Al tube sample was found by a local shear measurement method. This shear strain gradient induced the inhomogeneity of microstructure and texture in HPTT deformed pure Al, solid solution alloy Al-4%Mg and pure Mg. The microhardness and average grain size in different zones as a function of shear strain were measured. The limiting steady grain sizes in the steady state for these different materials produced by HPTT were 700 nm, 100 nm and 900 nm, respectively. The texture evolution of pure Mg in HPTT up to a shear strain of 16 was simulated in simple shear using the self-consistent (VPSC) polycrystal model and showed good agreements with the experimental results measured by XRD. Based on the measured disorientation distribution function in HPTT deformed Al, a new technique for the magnitude of local shear strain in SPD was proposed. This new technique was applied to a protrusion produced in twist extrusion (TE) and to an Al sample deformed in free-end torsion. Cu and pure Al samples were intensively deformed by the CEE SPD technique. The microstructure and texture evolutions were measured by EBSD, showing a gradient from the center-zone to the edge part of the rod sample. The texture evolution of CEE deformed Cu was simulated by the VPSC polycrystal model using a flow line function. The simulation results confirmed the experimental texture features observed in the CEE process. The tensile testing behavior of large strain torsion pre-processed Cu was examined. In spite of the shear strain gradient existing in the bar, a technique was proposed to obtain the tensile stress-strain curve of such gradient material.

L’adaptation de maillage est un outil puissant pour l’obtention de simulations aérodynamiques précises à coût limité. Dans le cas particulier des simulations visant au calcul de fonctions aérodynamiques (efforts, moments, rendements...), plusieurs méthodes dites de raffinement ciblé (ou, en anglais, « goal-oriented ») basées sur le vecteur adjoint de la fonction d’intérêt ont été proposées. L’objectif de la thèse est l’extension d’une méthode de ce type basée sur la dérivée totale dJ/dX de la grandeur aérodynamique d’intérêt, J, par rapport aux coordonnées du maillage volumique, X. Les trois méthodes usuelles de calcul de gradient discret – la méthode de différentiation directe, la méthode adjointe-"paramètres" et la méthode adjointe-"maillage" évaluant dJ/dX – ont tout d’abord été étudiées et codées dans le logiciel elsA de l’ONERA pour des maillages non-structurés, pour des écoulements compressibles de fluide parfait et des écoulements laminaires. La seconde étape du travail a consisté à créer un senseur local θ basé sur dJ/dX qui identifie les zones du maillage volumique où la position des nœuds a une forte incidence sur l’évaluation de la fonction J. Ce senseur sert d’indicateur pour l’adaptation de différents maillages, pour différents régimes d’écoulement (subsonique, transsonique, supersonique), pour des configurations d’aérodynamique interne (aube et tuyère) et externe (profil d’aile). La méthode proposée est comparée à une méthode de raffinement ciblée très populaire (Venditti et Darmofal, 2001) et à une méthode de raffinement basée sur les caractéristiques de l’écoulement (ou, en anglais, « feature-based ») ; elle conduit à des résultats très satisfaisants. / Mesh adaptation is a powerful tool to obtain accurate aerodynamic simulations with limited cost. In the specific case of computation of aerodynamic functions (forces, moments, efficiency ...), goal-oriented methods based on the adjoint vector have been proposed. The aim of the thesis is the extension of a method of this type based on the total derivative dJ/dX of the aerodynamic output of interest, J, with respect to the volume mesh coordinates, X. The three common methods for calculating discrete gradient – the direct differentiation method, the parameter-adjoint method and mesh-adjoint method evaluating dJ/dX – have been studied first and coded in the elsA ONERA software for unstructured grids, for compressible inviscid and laminar flows. The second part of this work was has been to define a local sensor θ based on dJ/dX in order to identify zones where the volume mesh nodes position has a strong impact on the evaluation of the function J. This sensor is the selected indicator for different mesh adaptations for different flow regimes (subsonic, transonic, supersonic) for internal (blade and nozzle) and external (wing profile) aerodynamic configurations. The proposed method is compared to a well-known goal-oriented method (Darmofal and Venditti, 2001) and to a feature-based method ; it leads to very consistent results. very consistent results.

A qualidade óssea em grandes animais é avaliada pela densidade mineral óssea (DMO) utilizando a técnica de densitometria óptica em imagens radiográficas; o objetivo desse trabalho foi avaliar e comparar a qualidade óssea baseada na microarquitetura de uma forma inédita. Foram selecionados 20 bovinos, 10 da raça Canchim e 10 da raça Nelore, com controle dos processos biológicos e bioquímicos do nascimento até o abate aos 24 meses de idade, antes de entrarem na fase adulta. O osso metatarsal foi escolhido por suportar maior carga e amostras da diáfise do osso cortical seco foram obtidas. A avaliação da estrutura cristalina de ossos metatarsais secos foi realizada utilizando difração de raios X com a aplicação do método de refinamento de Rietveld, avaliando parâmetros de rede, tamanho de cristalito e microdeformação. A técnica de nanoindentação permitiu avaliar os módulos de elasticidade e valores de nanoindentação. A composição química razão cálcio e fósforo do material, resistência à deformação plástica, valores de microdureza, e imagens de microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica foram realizadas. A comparação entre os resultados das duas raças, Canchim e Nelore, dos valores de parâmetros de rede da estrutura cristalina da hidroxiapatita, tamanho de cristalito, microdeformações, relação cálcio e fósforo, microdurezas Vickers/Knoop, nanodureza Vickers e módulo de elasticidade indicaram que a qualidade óssea das raças Canchim e Nelore é estatisticamente semelhante para 30% dos parâmetros estudados e que para os demais 70% dos parâmetros estudados não há semelhança. / The bone quality in large animals is evaluated by bone mineral density (BMD) using the optical densitometry technique in radiographic images; The objective of this study was to evaluate and compare bone quality based on microarchitecture unpublished. Twenty bovines were selected, 10 from the Canchim breed and 10 from the Nelore breed, with control of the biological and biochemical processes from birth to slaughter at 24 months of age, before entering adulthood. The metatarsal bone was chosen because it supported higher load and samples of the diaphysis of the dry cortical bone were obtained. The evaluation of the crystalline structure of dry metatarsal bones was performed using X - ray diffraction with the application of the Rietveld refinement method, evaluating network parameters, crystallite size and microdeformation. The nanoindentation technique allowed to evaluate the modulus of elasticity and nanoindentation values. The chemical composition calcium and phosphorus ratio of the material, resistance to plastic deformation, values of microhardness, and scanning electron microscopy images and optical microscopy were performed. The comparison between the results of the two races, Canchim and Nelore, of the network parameter values of the hydroxyapatite crystal structure, crystallite size, microdeformations, calcium and phosphorus ratio, Vickers/Knoop microhardness, Vickers nanodness and modulus of elasticity indicated that Quality of the Canchim and Nelore races is statistically similar for 30% of the studied parameters and that for the ofter 70% of the studied parameters there is no similarity.

Cette thèse porte sur l’étude de la synthèse et des données thermodynamiques des clathrates intermétalliques du système Na-Si, qui sont des matériaux pertinents pour les applications thermoélectriques et qui sont les précurseurs pour de nouvelles formes de Si prometteuses pour des applications photovoltaïques et photoniques. Dans ce travail la formation de clathrates Na-Si a été étudiée in situ et ex situ sous haute pression et haute température. Un nombre de nouvelles formes de silicium a été observé en chauffant des clathrates sous vide. Sous pression inférieure à 3 GPa les clathrates ne se forment pas par l’interaction des éléments. A la place, le siliciure Na4Si4 se forme et reste stable jusqu’à la fusion. Au-dessus de 3 GPa, Na4Si4 formé au début du chauffage, réagit avec l’excès de Si et donne Na30Si136 (structure II) et ensuite, si Na30Si136 réagit avec l’excès de Si pour former Na8Si46 (structure I) au dessous de 7 GPa et le clathrate NaSi6 au-dessus de 7 GPa. Des expériences ont été réalisées en utilisant des cellules standard Paris-Edimbourg (enclumes opposées) jusqu'à 6 GPa et la presse multi-enclumes pour les pressions au-dessus de 6 GPa. La forte sensibilité des produits de cristallisation à la concentration en sodium a été observée. Un schéma de transformations de clathrate pour les pressions entre 0 à 10 GPa et températures entre 300 et 1500 K a été proposé. Le diagramme de phase (concentration – température sous 4 GPa) qui représente les transformations observées et les domaines de stabilité a également été proposé et suggère l’existence de trois équilibres eutectiques : entre Si et structure I, entre structures I et II, et entre structure II et Na4Si4. Pour comprendre la thermodynamique et les interactions dans le système Na-Si, on a également effectué la modélisation du diagramme de phase à pression ambiante, ce que nous a permis de trouver les caractéristiques thermodynamiques de fusion et les équations des liquidus observés. Pour prendre en compte l’impact de la pression sur la thermodynamique, les équations d’état p-V-T de Si à structure diamant, structure I et la forme haute pression de structure II ont été utilisés. / The objective of this thesis is to study the synthesis and thermodynamics of intermetallic clathrates of the Na-Si system, which are the important materials for thermoelectric applications and are the promising precursors for new forms of Si for the photovoltaic and photonic applications. In this work the formation of the Na-Si clathrates have been studied in situ and ex situ at high pressure and high temperature. A number of new forms of silicon have been observed while heating the clathrates under vacuum. Under pressures below 3 GPa the clathrates does not form by the interaction of elements. Instead, the silicide Na4Si4 forms and remains stable up to melting. Above 3 GPa, Na4Si4 formed in the beginning of the heating, react with the excess of Si and gives Na30Si136 (structure II) and after that, if Na30Si136 react with the excess of Si, to form Na8Si46 (structure I) below 7 GPa and the clathrate NaSi6 above 7 GPa. The experiments have been performed by using the standard Paris-Edinburg cell (opposite anvils) up to 6 GPa and multianvil press for pressures above 6 GPa. The strong sensibility of the crystallization product to the concentration of sodium has been observed. The diagram of transformations in clathrates for pressures between 0 and 10 GPa and temperatures between 300 and 1500 K has been proposed. The phase diagram (concentration – temparature at 4 GPa) that represents the observed transformations and stability domains has been also proposed and suggests the existence of three eutetic equilibria: between Si and structure I, between structures I and II, and between structure II and Na4Si4. To understand the thermodynamics and interactions in the system Na-Si, the modelisation of phase diagram at ambient pressure has also been performed that allowed us to establish the thermodynamic characteristics of melting and the equations of observed liquidi. To take into account the impact of pressure on the thermodynamics, the p-V-T equations of state of diamond Si, structure I and high-pressure form of structure II have been used.

L'imagerie de perfusion permet un accès non invasif à la micro-vascularisation tissulaire. Elle apparaît comme un outil prometteur pour la construction de biomarqueurs d'imagerie pour le diagnostic, le pronostic ou le suivi de traitement anti-angiogénique du cancer. Cependant, l'analyse quantitative des séries dynamiques de perfusion souffre d'un faible rapport signal sur bruit (SNR). Le SNR peut être amélioré en faisant la moyenne de l'information fonctionnelle dans de grandes régions d'intérêt, qui doivent néanmoins être fonctionnellement homogènes. Pour ce faire, nous proposons une nouvelle méthode pour la segmentation automatique des séries dynamiques de perfusion en régions fonctionnellement homogènes, appelée DCE-HiSET. Au coeur de cette méthode, HiSET (Hierarchical Segmentation using Equivalence Test ou Segmentation hiérarchique par test d'équivalence) propose de segmenter des caractéristiques fonctionnelles ou signaux (indexées par le temps par exemple) observées discrètement et de façon bruité sur un espace métrique fini, considéré comme un paysage, avec un bruit sur les observations indépendant Gaussien de variance connue. HiSET est un algorithme de clustering hiérarchique qui utilise la p-valeur d'un test d'équivalence multiple comme mesure de dissimilarité et se compose de deux étapes. La première exploite la structure de voisinage spatial pour préserver les propriétés locales de l'espace métrique, et la seconde récupère les structures homogènes spatialement déconnectées à une échelle globale plus grande. Etant donné un écart d'homogénéité $\delta$ attendu pour le test d'équivalence multiple, les deux étapes s'arrêtent automatiquement par un contrôle de l'erreur de type I, fournissant un choix adaptatif du nombre de régions. Le paramètre $\delta$ apparaît alors comme paramètre de réglage contrôlant la taille et la complexité de la segmentation. Théoriquement, nous prouvons que, si le paysage est fonctionnellement constant par morceaux avec des caractéristiques fonctionnelles bien séparées entre les morceaux, HiSET est capable de retrouver la partition exacte avec grande probabilité quand le nombre de temps d'observation est assez grand. Pour les séries dynamiques de perfusion, les hypothèses, dont dépend HiSET, sont obtenues à l'aide d'une modélisation des intensités (signaux) et une stabilisation de la variance qui dépend d'un paramètre supplémentaire $a$ et est justifiée a posteriori. Ainsi, DCE-HiSET est la combinaison d'une modélisation adaptée des séries dynamiques de perfusion avec l'algorithme HiSET. A l'aide de séries dynamiques de perfusion synthétiques en deux dimensions, nous avons montré que DCE-HiSET se révèle plus performant que de nombreuses méthodes de pointe de clustering. En terme d'application clinique de DCE-HiSET, nous avons proposé une stratégie pour affiner une région d'intérêt grossièrement délimitée par un clinicien sur une série dynamique de perfusion, afin d'améliorer la précision de la frontière des régions d'intérêt et la robustesse de l'analyse basée sur ces régions tout en diminuant le temps de délimitation. La stratégie de raffinement automatique proposée est basée sur une segmentation par DCE-HiSET suivie d'une série d'opérations de type érosion et dilatation. Sa robustesse et son efficacité sont vérifiées grâce à la comparaison des résultats de classification, réalisée sur la base des séries dynamiques associées, de 99 tumeurs ovariennes et avec les résultats de l'anapathologie sur biopsie utilisés comme référence. Finalement, dans le contexte des séries d'images 3D, nous avons étudié deux stratégies, utilisant des structures de voisinage des coupes transversales différentes, basée sur DCE-HiSET pour obtenir la segmentation de séries dynamiques de perfusion en trois dimensions. (...) / Dynamical contrast enhanced (DCE) imaging allows non invasive access to tissue micro-vascularization. It appears as a promising tool to build imaging biomarker for diagnostic, prognosis or anti-angiogenesis treatment monitoring of cancer. However, quantitative analysis of DCE image sequences suffers from low signal to noise ratio (SNR). SNR may be improved by averaging functional information in large regions of interest, which however need to be functionally homogeneous. To achieve SNR improvement, we propose a novel method for automatic segmentation of DCE image sequence into functionally homogeneous regions, called DCE-HiSET. As the core of the proposed method, HiSET (Hierarchical Segmentation using Equivalence Test) aims to cluster functional (e.g. with respect to time) features or signals discretely observed with noise on a finite metric space considered to be a landscape. HiSET assumes independent Gaussian noise with known constant level on the observations. It uses the p-value of a multiple equivalence test as dissimilarity measure and consists of two steps. The first exploits the spatial neighborhood structure to preserve the local property of the metric space, and the second recovers (spatially) disconnected homogeneous structures at a larger (global) scale. Given an expected homogeneity discrepancy $\delta$ for the multiple equivalence test, both steps stop automatically through a control of the type I error, providing an adaptive choice of the number of clusters. Parameter $\delta$ appears as the tuning parameter controlling the size and the complexity of the segmentation. Assuming that the landscape is functionally piecewise constant with well separated functional features, we prove that HiSET will retrieve the exact partition with high probability when the number of observation times is large enough. In the application for DCE image sequence, the assumption is achieved by the modeling of the observed intensity in the sequence through a proper variance stabilization, which depends only on one additional parameter $a$. Therefore, DCE-HiSET is the combination of this DCE imaging modeling step with our statistical core, HiSET. Through a comparison on synthetic 2D DCE image sequence, DCE-HiSET has been proven to outperform other state-of-the-art clustering-based methods. As a clinical application of DCE-HiSET, we proposed a strategy to refine a roughly manually delineated ROI on DCE image sequence, in order to improve the precision at the border of ROIs and the robustness of DCE analysis based on ROIs, while decreasing the delineation time. The automatic refinement strategy is based on the segmentation through DCE-HiSET and a series of erosion-dilation operations. The robustness and efficiency of the proposed strategy are verified by the comparison of the classification of 99 ovarian tumors based on their associated DCE-MR image sequences with the results of biopsy anapathology used as benchmark. Furthermore, DCE-HiSET is also adapted to the segmentation of 3D DCE image sequence through two different strategies with distinct considerations regarding the neighborhood structure cross slices. This PhD thesis has been supported by contract CIFRE of the ANRT (Association Nationale de la Recherche et de la Technologie) with a french company INTRASENSE, which designs, develops and markets medical imaging visualization and analysis solutions including Myrian®. DCE-HiSET has been integrated into Myrian® and tested to be fully functional.

This thesis introduces a representation of graphical data, progressive meshes, and its fields of usage. The main part of this work is mathematical representation of progressive meshes and the simplification algorithm, which leads to this representation. Examples of changes in progressive mesh representation are also part of this thesis, along with few examples. The result is an application that implements the calculation of the Progressive Meshes model representation

Heat transfer and solidification models were developed for use in a numerical model of a continuous caster to provide a means of predicting how the developing shell would react under variable operating conditions. Measurement data of the operating conditions leading up to a breakout occurrence were provided by an industrial collaborator and were used to define the model boundary conditions. Steady-state and transient simulations were conducted, using boundary conditions defined from time-averaged measurement data. The predicted shell profiles demonstrated good agreement with thickness measurements of a breakout shell segment – recovered from the quarter-width location. Further examination of the results with measurement data suggests pseudo-steady assumption may be inadequate for modeling shell and flow field transition period following sudden changes in casting speed. An adaptive mesh refinement procedure was established to increase refinement in areas of predicted shell growth and to remove excess refinement from regions containing only liquid. A control algorithm was developed and employed to automate the refinement procedure in a proof-of-concept simulation. The use of adaptive mesh refinement was found to decrease the total simulation time by approximately 11% from the control simulation – using a static mesh.

This paper is concerned with mesh refinement techniques for treating elliptic boundary value problems in domains with re- entrant edges and corners, and focuses on numerical experiments. After a section about the model problem and discretization strategies, their realization in the experimental code FEMPS3D is described. For two representative examples the numerically determined error norms are recorded, and various mesh refinement strategies are compared.