[pt] O estudo de materiais inteligentes tem instigado várias aplicações nas mais diversas áreas do conhecimento (da área médica à industria aeroespacial). Os materiais mais utilizados em estruturas inteligentes são as ligas com memória de forma, as cerâmicas piezoelétricas, os materiais magneto-estrictivos e os fluidos eletro- reológicos. Nas últimas décadas, as ligas com memória de forma vêm recebendo atenção especial, sendo utilizadas principalmente como sensores ou atuadores. Existe uma gama de fenômenos associados a estas ligas que podem ser explorados. Visando uma análise mais precisa do comportamento destes materiais, tem se tornado cada vez maior o interesse no desenvolvimento de modelos matemáticos capazes de descrevê-los de maneira adequada, permitindo explorar todo o seu potencial. O objetivo deste trabalho é propor um modelo constitutivo unidimensional que considera quatro variantes de microconstituintes (austenita, martensita induzida por temperatura, martensita induzida por tensão trativa e martensita induzida por tensão compressiva) e diferentes propriedades para cada fase. O efeito das deformações induzidas por temperatura é incluído na formulação. O modelo contempla ainda o efeito das deformações plásticas e o acoplamento entre os fenômenos de plasticidade e transformação de fase. Além disso, são introduzidas modificações na formulação que permitem o alargamento do laço de histerese da curva tensão-deformação, fornecendo resultados mais coerentes com dados experimentais. Por fim, incorpora-se a assimetria no comportamento tração-compressão. A validação do modelo é obtida comparando os resultados numéricos obtidos através do modelo com resultados experimentais encontrados na literatura para ensaios de tração a diferentes temperaturas e para a assimetria no comportamento tração- compressão. / [en] The study of intelligent materials has instigated many applications within the various knowledge areas (from medical field to aerospace industry). The most used materials in intelligent structures are the shape memory alloys (SMA), the piezoelectric ceramics, the magnetostrictive materials and the electrorheological fluids. In the last decades, SMAs have received special attention, being mainly used as sensors or actuators. There is a number of phenomena related to these alloys that can be explored. Aiming a more precise analysis of SMA behavior, the interest on the development of mathematical models capable of describing these phenomena properly has grown, allowing to explore all their potential. The aim of this work is to propose a unidimensional constitutive model which considers four microconstituent variants (austenite, martensite induced by temperature, martensite induced by tensile loading and martensite induced by compressive loading) and different material properties for each phase. The effect of thermal strains is included in the formulation. The model considers the effect of plastic strains and the plastic-phase transformation coupling. Besides, some changes are introduced in the formulation in order to enlarge the stress-strain hysteresis loop, resulting in better agreements with experimental data. Eventually, the tensioncompression asymmetry is incorporated. The model validation is obtained through the comparison between the numerical results given by the model and experimental results found in the literature for tensile tests at different temperatures and for tension- compression asymmetry.

Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-12T15:38:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-14T11:25:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Submitted by Marcio Miazaki null (mmiazaki@gmail.com) on 2017-12-14T13:50:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2017-12-18T10:25:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 miazaki_m_me_ilha.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T10:25:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 miazaki_m_me_ilha.pdf: 2498214 bytes, checksum: bbe1b8f57d985978dca7748b50feb796 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Este trabalho apresenta uma proposta de utilização de molas helicoidais de liga com memória de forma presentes em rotores flexíveis para a atenuação dos deslocamentos laterais decorrentes de forças de perturbação, notadamente das forças de desbalanceamento. Num primeiro momento, o trabalho apresenta os principais modelos constitutivos de ligas com memória de forma (LMF), onde o princípio de funcionamento deste tipo de material é demonstrado por meio de simulações numéricas, e os resultados obtidos são confrontados com dados disponíveis na literatura. Discute-se também a questão da utilização de um modelo mais simplificado para representar o comportamento da liga para diferentes carregamentos termomecânicos. Dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando representar adequadamente o comportamento termomecânico da LMF durante as transformações de fase. O trabalho evolui para a construção do modelo matemático via elementos finitos de rotores flexíveis contendo molas helicoidais de LMF e por fim apresenta um conjunto de simulações numéricas para comprovar a eficiência e a potencialidade do procedimento teórico formulado. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / This work proposes shape memory alloy helical springs present in flexible rotors for the attenuation of lateral displacements mainly caused by unbalance forces. This work presents some constitutive models of shape memory alloys (SMA). The principle of operation of this type of material is demonstrated by numerical simulations and the results obtained are compared with data available in the literature. The present work investigates the use of a simplified model to represent the behavior of the SMA for different thermomechanical loads. Two thermomechanical models are numerically confronted in order to represent properly the thermomechanical behavior of the SMA during the phase transformations. Based on the finite element model of flexible rotors containing helical springs of SMA, the efficiency and the potentiality of the theoretical procedure are shown through numerical simulations. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented.

Orientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de utilização de molas helicoidais de liga com memória de forma presentes em rotores flexíveis para a atenuação dos deslocamentos laterais decorrentes de forças de perturbação, notadamente das forças de desbalanceamento. Num primeiro momento, o trabalho apresenta os principais modelos constitutivos de ligas com memória de forma (LMF), onde o princípio de funcionamento deste tipo de material é demonstrado por meio de simulações numéricas, e os resultados obtidos são confrontados com dados disponíveis na literatura. Discute-se também a questão da utilização de um modelo mais simplificado para representar o comportamento da liga para diferentes carregamentos termomecânicos. Dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando representar adequadamente o comportamento termomecânico da LMF durante as transformações de fase. O trabalho evolui para a construção do modelo matemático via elementos finitos de rotores flexíveis contendo molas helicoidais de LMF e por fim apresenta um conjunto de simulações numéricas para comprovar a eficiência e a potencialidade do procedimento teórico formulado. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / Abstract: This work proposes shape memory alloy helical springs present in flexible rotors for the attenuation of lateral displacements mainly caused by unbalance forces. This work presents some constitutive models of shape memory alloys (SMA). The principle of operation of this type of material is demonstrated by numerical simulations and the results obtained are compared with data available in the literature. The present work investigates the use of a simplified model to represent the behavior of the SMA for different thermomechanical loads. Two thermomechanical models are numerically confronted in order to represent properly the thermomechanical behavior of the SMA during the phase transformations. Based on the finite element model of flexible rotors containing helical springs of SMA, the efficiency and the potentiality of the theoretical procedure are shown through numerical simulations. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented. / Mestre

The present study in this thesis has attempted to resolve one of the key aspects of enhancing predictability of macroscopic behavior of Shape Memory Alloy (SMA) wire by considering variation of local phase inhomogeneity. Understanding of functional fatigue and its relation with the phase distribution and its passivation is the key towards tailoring thermal Shape Memory Alloy actuators’ properties and performance. Present work has been carried out in two associated areas. First part has covered solving a coupled thermo-mechanical boundary value problem where initial phase fractions are prescribed at the gauss points and subsequent evolution are tracked over the loading cycle. An incremental form of a phenomenological constitutive model has been incorporated in the modelling framework. Finite element convergence studies using both homogeneous and inhomogeneous SMA wires are performed. Effects of phase inhomogeneity are investigated for mechanical loading and thermo-electric loading. Phase inhomogeneity is simulated mainly due to process and handling quality. An example of mechanical boundary condition such as gripping indicates a negative residual strain at macroscopic behavior. Simulation accurately captures vanishing local phase inhomogeneity upon multiple cycles of thermo-mechanical loading on unconstrained straight SMA wire. In the second part, a phase identification and measurement scheme is proposed. It has been shown that by employing variation of electrical resistivity which distinctly varies with phase transformation, martensite phase volume fraction can be quantified in average sense over the length of a SMA wire. This can be easily achieved by using a simple thermo-mechanical characterization setup along with resistance measurement circuit. Local phase inhomogeneity is created in an experimental sample, which is subjected to electrical heating under constant mechanical bias load. The response shows relaxation of the initial shrinkage strain due to local phase. Results observed for thermo-electric loading on the inhomogeneous SMA wires compliment the results observed from the simulated loading cases. Several interesting features such as shrinkage of the inhomogeneous SMA wire after first loading cycle, relaxation of the residual strain over multiple loading cycles due to the presence of inhomogeneity are captured. This model promises useful applications of SMA wire in fatigue studies, SMA embedded composites and hybrid structures.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-06-08T13:51:53Z No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-06-08T13:53:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-08T13:53:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 douglasmartinsvieiradasilva.pdf: 9760300 bytes, checksum: 76f54b4635afbf189d4c45e3c3a06ab7 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / NiTi (nitinol) é uma liga com efeito memória de forma (EMF), o EMF é um termo utilizado para descrever a capacidade de certos materiais, depois de deformados plasticamente, voltarem às suas formas originais por aquecimento. Ligas com essa propriedade são empregadas em vários setores da indústria metalúrgica, que vão desde aeroespacial, eletrônica, construção, Robótica e Bioengenharia. Podem ser utilizadas em conectores, sensores, dispositivos de segurança e muitas outras aplicações. Este trabalho foi divido em duas partes: utilizando os parâmetros do potencial TBSMA, energia de coesão, parâmetros de rede em T=0K, para a fase B2 NiTi, retirados do trabalho do Liu e colaboradores, estudamos a formação de nano os com simulações via Dinâmica Molecular (DM) em duas fases especí cas da liga de NiTi: a fase de alta temperatura B2 cúbica (austenítica) e a fase de baixa temperatura B19 monocíclica (martensítica), alongando o sistema em diferentes direções cristalográ cas; ajustamos os parâmetros do potencial TB-SMA para a liga NiTi na fase B19', calculando (via método de Parrinello- Rahman) a variação do volume e da entalpia do sistema com a temperatura, obtendo a temperatura de fusão com ótima concordância com valor experimental e comprovando a e cácia do potencial utilizado. Apresentamos resultados das energias do estado fundamental e a estabilidade mecânica relativa as fases B2, B19, B19' e BCO, bem como as transições de fase ocorridas sob tensão mecânica e os parâmetros de rede para cada uma dessas fases. Vimos que é necessário uma tensão xz = 0.38 GPa para estabilizar a fase B19'. Também determinamos as constantes elásticas e os parâmetros elásticos macroscó- picos (módulos de bulk, limites de Reuss e Voigt) para a fase B19' de NiTi. Os resultados estão em ótima concordância com dados experimentais. / NiTi (Nitinol) is an alloy with shape memory e ect (SMA), the SMA is a term used to describe the ability of some materials after having been deformed plastically, back to its original shape by heating. Metallic materials that have this interesting property are employed in various sectors of the metallurgical industry, ranging from aerospace, electronics, construction, Robotics and Bioengineering. This type of material can be used in connectors, sensors, safety devices, and many other applications. This study was divided into two parts: using the parameters the potential TB-SMA, energy choesion, lattice parameters at T=0K, for the phase B2 NiTi, removed from Liu et al work, we studied the formation of nanowires with means molecular dynamics (MD) simulations at two speci c stages of NiTi alloy: a high-temperature phase B2 cubic (austenitic) and phase B19 monocyclic low temperature (martensite), extending the system in di erent crystallographic directions; adjust the TB-SMA potential parameters for the NiTi alloy in B19' phase, calculating (by method Parrinello-Rahman) the volume variation and the enthalpy of the system to temperature, obtaining the melting temperature with excellent agreement with experimental value and proving the e ectiveness of potential use. We present results of the energy of the ground state and the mechanical stability relative B2, B19, B19' and BCO phases, as well as phase transitions observed under mechanical tension and the network parameters for each of these phases. We saw that a voltage is necessary xz = 0.38 GPa to stabilize the B19' phase. Also determine the elastic constants and the macroscopic elastic parameters (bulk modules, limits Reuss and Voigt) for phase B19' of NiTi. The results are in excellent agreement with experimental data.

Au cours de la dernière décennie, l’industrie des véhicules aériens sans pilote (UAV) a connu une croissance et une diversification immenses. De nos jours, nous trouvons des applications basées sur les drones dans un large éventail d’industries, telles que les infrastructures, l’agriculture, les transports, etc. Ce phénomène a suscité un intérêt croissant dans le domaine de la manipulation aérienne. La mise en œuvre de manipulateurs aériens dans l'industrie des UAV pourrait générer une augmentation significative du nombre d'applications possibles. Cependant, la restriction de la charge utile disponible est l’un des principaux inconvénients de cette approche. L'impossibilité d'équiper les drones de bras robotiques industriels puissants et habiles a suscité l'intérêt pour le développement de manipulateurs légers adaptés à ces applications. Dans le but de fournir une solution légère alternative aux manipulateurs aériens, cette thèse propose un bras robotique léger actionné par des fils en alliage à mémoire de forme (SMA). Bien que les fils SMA représentent une excellente alternative aux actionneurs conventionnels pour les applications légères, ils impliquent également une dynamique hautement non linéaire, ce qui les rend difficiles à contrôler. Cherchant à présenter une solution pour la tâche difficile de contrôler les fils SMA, ce travail étudie les conséquences et les avantages de la mise en œuvre des techniques de commande par retour d’état. L'objectif final de cette étude est la mise en œuvre expérimentale d'un contrôle à rétroaction d'état pour la régulation de la position du bras robotique léger proposé. Tout d'abord, un modèle mathématique basé sur un modèle physique du comportement des câbles SMA est développé et validé expérimentalement. Ce modèle décrit la dynamique du bras robotique léger proposé du point de vue de la mécatronique. Le bras robotique proposé est testé avec trois contrôleurs de retour de sortie pour le contrôle de position angulaire, à savoir un PID, un mode coulissant et une commande adaptative. Les contrôleurs sont testés dans une simulation MATLAB, puis mis en œuvre et testés expérimentalement selon différents scénarios. Ensuite, afin de réaliser la mise en œuvre expérimentale d’une technique de commande par retour d’état, un observateur d’état, à entrée inconnue, est développé. Premièrement, un modèle observable sans commutation avec une entrée inconnue est dérivé du modèle présenté précédemment. Ce modèle prend comme entrée inconnue le taux de fraction de martensite du modèle d'origine, ce qui permet d'éliminer les termes de commutation dans le modèle. Ensuite, un observateur, à entrées inconnues, basé sur le filtre de Kalman étendu et sur l’observateur à mode glissant est développé. Cet observateur permet l’estimation simultanée de l’état et des entrées inconnues. Les conditions suffisantes de convergence et de stabilité sont établies. L'observateur est testé dans une simulation MATLAB et validé expérimentalement dans différents scénarios. Enfin, une technique de commande par retour d’état est testée en simulation et implémentée de manière expérimentale pour le contrôle de position angulaire du bras robotique léger proposé. Elle est basée sur la résolution d’une équation de Riccati (SDRE). En conclusion, une analyse comparative quantitative et qualitative entre une approche de commande par retour de sortie et la une de commande par retour d’état mis en œuvre est effectuée selon plusieurs scénarios, y compris la régulation de position, le suivi de position et le suivi de charges utiles changeantes. / In the last decade, the industry of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has gone through immense growth and diversification. Nowadays, we find drone based applications in a wide range of industries, such as infrastructure, agriculture, transport, among others. This phenomenon has generated an increasing interest in the field of aerial manipulation. The implementation of aerial manipulators in the UAV industry could generate a significant increase in possible applications. However, the restriction on available payload is one of the main setbacks of this approach. The impossibility to equip UAVs with heavy dexterous industrial robotic arms has driven the interest in the development of lightweight manipulators suitable for these applications. In the pursuit of providing an alternative lightweight solution for the aerial manipulators, this thesis proposes a lightweight robotic arm actuated by Shape Memory Alloy (SMA) wires. Although SMA wires represent a great alternative to conventional actuators for lightweight applications, they also imply highly nonlinear dynamics, which makes them difficult to control. Seeking to present a solution for the challenging task of controlling SMA wires, this work investigates the implications and advantages of the implementation of state feedback control techniques. The final aim of this study is the experimental implementation of a state feedback control for position regulation of the proposed lightweight robotic arm. Firstly, a mathematical model based on a constitutive model of the SMA wire is developed and experimentally validated. This model describes the dynamics of the proposed lightweight robotic arm from a mechatronics perspective. The proposed robotic arm is tested with three output feedback controllers for angular position control, namely a PID, a Sliding Mode and an Adaptive Controller. The controllers are tested in a MATLAB simulation and finally implemented and experimentally tested in various different scenarios. Following, in order to perform the experimental implementation of a state feedback control technique, a state and unknown input observer is developed. First, a non-switching observable model with unknown input of the proposed robotic arm is derived from the model previously presented. This model takes the martensite fraction rate of the original model as an unknown input, making it possible to eliminate the switching terms in the model. Then, a state and unknown input observer is proposed. This observer is based on the Extended Kalman Filter (EKF) for state estimation and sliding mode approach for unknown input estimation. Sufficient conditions for stability and convergence are established. The observer is tested in a MATLAB simulation and experimentally validated in various different scenarios. Finally, a state feedback control technique is tested in simulation and experimentally implemented for angular position control of the proposed lightweight robotic arm. Specifically, continuous and discrete-time State-Dependent Riccati Equation (SDRE) control laws are derived and implemented. To conclude, a quantitative and qualitative comparative analysis between an output feedback control approach and the implemented state feedback control is carried out under multiple scenarios, including position regulation, position tracking and tracking with changing payloads.

L'objectif de ce travail est le déploiement d'un système de segmentation d'images de résonance magnétiques (IRM) sur la plateforme de visualisation "BrainVISA". La segmentation vise à classifier le cerveau en trois régions : la matière blanche, la matière grise et le liquide céphalo-rachidien. Il existe plusieurs algorithmes de segmentation d'images, chacun possédant ses avantages et ses limites d'utilisation. Dans ce travail, nous utilisons deux types d'algorithmes : la FCM (Fuzzy C-Mean) qui étudie l'image dans sa globalité et permet de modéliser l'incertitude et l'imprécision et, la croissance de régions qui tient compte des relations de voisinage entre pixels ; le but étant de tirer partie des avantages de chacun. Les deux méthodes de segmentation sont utilisées de manière coopérative. Les prédicats de la croissance de régions sont adaptés à nos images afin d'améliorer la qualité de l'image segmentée. Une implémentation est alors mise en oeuvre autour d'un système multi-agents (SMA), qui permet d'utiliser l'algorithme de croissance de régions de manière plus efficace. La segmentation est réalisée sur des images réelles.

L'aquaculture connait un taux de croissance annuel moyen de sa production proche de 7 % depuis 50 ans. De nombreux pays, à des degrés variés, ont enregistré des augmentations de leurs productions aquacoles. Ce développement s'est accompagné d'une augmentation des surfaces terrestres et marines occupées par les différentes formes d'aquaculture : marine, saumâtre ou dulcicole. Parmi ces dernières, c'est l'aquaculture saumâtre en étangs qui a constitué notre objet d'étude, et plus particulièrement celle pratiquée dans l'espace intertropical. A partir de deux études de cas, aux Philippines (Pampanga) et au Pérou (Tumbes), cette thèse a eu pour objectif d'analyser le développement aquacole, c'est-à-dire d'identifier les facteurs et l'enchaînement des évènements qui ont contribué à la mise en place de l'aquaculture, de caractériser son développement spatial et d'identifier puis d'expliquer ses impacts, positifs et négatifs, à plusieurs échelles. La méthodologie élaborée pour répondre à ce questionnement a reposé sur l'emploi d'une méthode de traitements d'images et d'une méthode d'enquêtes. Les traitements d'images avaient trois objectifs : la cartographie des étangs, la cartographie de l'occupation du sol et la cartographie des changements d'occupation du sol. Le jeu d'images était composé de huit images satellites multispectrales pour le terrain péruvien et de neuf images satellites multispectrales pour le terrain philippin, à haute et très haute résolutions spatiales (Landsat MSS, TM, ETM+ et SPOT 5). Plusieurs méthodes ont été testées puis comparées afin de cartographier les étangs. La chaine de traitement élaborée s'est basée sur l'intégration d'un traitement multispectral et d'un traitement morphologique. La cartographie de l'occupation du sol a consisté, quant à elle, à réaliser une analyse en composante principale suivie d'une classification par un algorithme de classification non supervisée. La diachronie, enfin, visant à cartographier le changement, a utilisé la méthode dite de ‘post-classification'. Les principales méthodes d'enquêtes utilisées sur le terrain ont été les questionnaires, les entretiens directifs et semi-directifs, la récolte de données de seconde main et l'observation, participante lorsque cela a été possible. Enfin, un système multi-agent a été élaboré à partir de données empiriques sur le terrain philippin dans le but d'explorer le rôle de plusieurs facteurs sur l'évolution des paysages. Grâce à une méthode orienté-objet, de nombreux étangs aquacoles ont pu être cartographiés individuellement sur l'ensemble des images. En croisant les informations issues des cartes avec les informations d'une base de données, dite de vérité-terrain, deux mesures ont permis d'évaluer la qualité de la cartographie : les écarts de superficie entre la réalité et le produit des traitements ainsi que le nombre d'étangs correctement détectés. Il a alors été possible d'estimer les superficies d'étangs à chaque date. Les analyses diachroniques ont, quant à elles, permis d'identifier et de quantifier les occupations du sol sur lesquelles l'aquaculture s'est installée. Il a ainsi été démontré que depuis les années 1980, à Pampanga, une proportion importante des extensions aquacoles s'est réalisée au détriment des zones rizicoles. Au total, ce sont 11 000 hectares de rizières qui ont été convertis en étangs. Les changements d'occupation du sol à Tumbes, moins importants, ont majoritairement concerné des formations végétales naturelles. La mise en place de l'aquaculture et son développement résultent de nombreux facteurs qui se distinguent les uns des autres par leur nature, leur ancienneté et leur échelle d'inscription. Des séquences réunissant plusieurs de ces facteurs selon un enchaînement donné ont été mises en évidence sur les deux terrains. Au Pérou, les facteurs qui ont contribué au développement aquacole sont récents et remontent aux années 1970 alors qu'aux Philippines, les facteurs sont beaucoup plus anciens. Trois phases ont caractérisé le développement aquacole au Pérou : une première phase, dite de croissance, qui a précédé une phase dite de crise, conséquence des épizooties et d'El Niño puis une dernière, plus récente, dite d'adaptation, à la suite des changements de pratiques. Aux Philippines, l'analyse des facteurs de transition a révélé l'importance de certains facteurs historiques dans le démarrage de l'activité, qui s'expriment aujourd'hui encore sur le foncier et sur la structure sociale, et de facteurs plus récents, tel que la subsidence accélérée, qui expliquent le développement spatial au dépend des zones de riziculture. Cette thèse a aussi eu pour objectif de caractériser les systèmes aquacoles actuels par l'intermédiaire d'une analyse des systèmes agraires. Les différences et les similitudes des systèmes d'élevage et de production ont ainsi pu être caractérisées. La caractérisation des facteurs de production a rendu compte des origines et des niveaux d'utilisation très différents de facteurs tels que le capital ou le travail. L'évaluation de la performance des systèmes de production aux Philippines a permis en outre d'estimer le revenu moyen journalier des aquaculteurs dont le niveau explique en partie la pérennité de l'activité, et ceci en dépit des faibles rendements, mesurés grâce aux enquêtes agronomiques. On a enfin caractérisé les impacts de l'aquaculture sur le territoire et sur plusieurs de ses composantes sociales dont les individus et les foyers. Au Pérou, les migrations et l'emploi ont constitué les deux principaux domaines d'analyse. Les flux migratoires des ouvriers aquacoles ont ainsi pu être caractérisés et cartographiés grâce à des questionnaires. La caractérisation a permis d'établir le ‘profil type' du migrant mais a aussi mis à jour le rôle des exploitations aquacoles dans la formation et la pérennisation des flux. L'emploi local dans la filière aquacole a aussi été estimé entre les années 1980 et 2006. Celui-ci, fluctuant sur le long terme, a récemment dépassé les 2500 emplois à temps plein. La croissance de ce chiffre s'explique en partie par la mise en place récente de systèmes aquacoles intensifs, aux besoins en travail plus élevés que les systèmes extensifs et semi-intensifs. Aux Philippines, le concept de livelihood a fourni un cadre d'analyse des ressources possédées par les personnes appartenant à plusieurs catégories d'acteurs et tirant un bénéfice direct ou indirect des ressources aquacoles. Les différentes formes de capital (humain, social, financier, naturel et physique) détenues par les individus ont été évaluées, à la fois qualitativement et quantitativement. Ce cadre d'analyse a aussi permis d'identifier les stratégies élaborées à l'échelle des foyers. La description et l'explication du fonctionnement du système de glanage des ressources aquacoles a constitué un autre résultat important. L'analyse des impacts de l'aquaculture au niveau des territoires a mis en évidence l'émergence de conflits, le rôle des infrastructures et du peuplement sur le développement de la filière ou encore l'impact de l'activité sur le développement local. Le modèle multi-agent élaboré (CHANOS-CHANgement d'Occupation du Sol) a enfin permis d'explorer et de mesurer les impacts paysagers dans des scénarii où les exploitants présentent des comportements variés : rationnels, collectifs ou à rationalité limitée et où la dynamique biophysique évolue différemment. La thèse a donc permis de mieux comprendre le développement historique de l'aquaculture et ses impacts actuels sur deux territoires des pays du Sud grâce à l'emploi de plusieurs perspectives : géographique, économique et historique, et grâce au recours à une analyse s'effectuant à plusieurs échelles spatiale et temporelle. La méthode élaborée, qui intègre plusieurs outils, méthodes et faisant appel à des concepts originaires de plusieurs disciplines apparaît aussi comme un des principaux résultats.

L'Amazonie, dernière frontière du Brésil, a connu de profonds changements lors des dernières décennies du fait de son intégration progressive au reste du pays. Les relances successives des politiques gouvernementales de colonisation relayées par l'implantation des grandes filières productives se sont traduites par un recul important des activités extractivistes et un poids croissant de la région dans les secteurs agricoles et forestiers. L'Amazonie est aujourd'hui une région économiquement intégrée au reste du pays. En parallèle à ce phénomène d'expansion de la frontière agricole, les dernières décennies ont vu s'accroître les préoccupations environnementales liées notamment aux taux alarmants de déforestation en Amazonie. Cette prise de conscience croissante de la problématique environnementale a suscité des réformes dans les politiques publiques brésiliennes qui tentent de promouvoir la protection et l'utilisation durables des ressources forestières. Cependant, dans la pratique, ces politiques semblent peu efficaces, et malgré des menaces environnementales et des déséquilibres économiques et sociaux, les atteintes à l'environnement se multiplient et les déforestations n'ont jamais été aussi importantes. Au cours de cette thèse, nous nous intéressons à la gestion environnementale d'un front pionnier amazonien : la commune d'Uruará (Pará, Brésil). Notre étude se focalise, dans un premier temps, sur l'analyse du jeu d'environnement avec ses acteurs (colons, exploitants forestiers, acteurs institutionnels), ses règles et pratiques de gestion (transformation, utilisation et protection des ressources forestières). Nous avons démontré que l'utilisation des ressources forestières était très limitée et ne permettait pas un développement économique des colons. La forêt est encore considérée comme une réserve de fertilité à couper et brûler pour implanter des activités agricoles. La deuxième partie porte sur la modélisation des interactions entre les agriculteurs, principaux acteurs de la déforestation, et l'environnement. Ceci afin, de formaliser 15 ans de connaissances sur les dynamiques pionnières. Nous avons construit deux scénarios prospectifs pour tester l'impact de l'application de la loi environnementale sur les réserves forestières et la rétribution des services environnementaux. v La combinaison de méthodologies complémentaires (entrevue rétrospective, typologie et modélisation) nous a permis d'avoir une vision dynamique de la gestion environnementale. Cela nous a aussi permis de proposer, tester et discuter quelques mesures pouvant limiter les déforestations tout en stabilisant les colons sur la terre.

Thermally induced phase transformation in NiTi shape memory alloys (SMA) shows strong size and shape, collectively termed length scale effects, at the nano to micrometer scales, and that has important implications for the design and use of devices and structures at such scales. This paper, based on a recently developed multiscale model that utilizes molecular dynamics (MD) simulations at small scales and MD-verified phase field (PhF) simulations at larger scales, reports results on specific length scale effects, i.e. length scale effects in martensite phase fraction evolution, transformation temperatures (martensite and austenite start and finish) and in the thermally cyclic transformation between austenitic and martensitic phase. The multiscale study identifies saturation points for length scale effects and studies, for the first time, the length scale effect on the kinetics (i.e. developed internal strains) in the B19 phase during phase transformation. The major part of the work addresses small scale single crystals in specific orientations. However, the multiscale method is used in a unique and novel way to indirectly study length scale and grain size effects on evolution kinetics in polycrystalline NiTi, and to compare the simulation results to experiments. The interplay of the grain size and the length scale effect on the thermally induced martensite phase fraction (MPF) evolution is also shown in this present study. Finally, the multiscale coupling results are employed to improve phenomenological material models for NiTi SMA.