Ce présent projet de recherche a permis de créer un modèle par éléments finis du muscle strié humain dans le but d’étudier les mécanismes engendrant les lésions musculaires traumatiques. Ce modèle constitue une plate-forme numérique capable de discerner l’influence des propriétés mécaniques des fascias et de la cellule musculaire sur le comportement dynamique du muscle lors d’une contraction excentrique, notamment le module de Young et le module de cisaillement de la couche de tissu conjonctif, l’orientation des fibres de collagène de cette membrane et le coefficient de poisson du muscle. La caractérisation expérimentale in vitro de ces paramètres pour des vitesses de déformation élevées à partir de muscles striés humains actifs est essentielle pour l’étude de lésions musculaires traumatiques. Le modèle numérique développé est capable de modéliser la contraction musculaire comme une transition de phase de la cellule musculaire par un changement de raideur et de volume à l’aide des lois de comportement de matériau prédéfinies dans le logiciel LS-DYNA (v971, Livermore Software Technology Corporation, Livermore, CA, USA). Le présent projet de recherche introduit donc un phénomène physiologique qui pourrait expliquer des blessures musculaires courantes (crampes, courbatures, claquages, etc.), mais aussi des maladies ou désordres touchant le tissu conjonctif comme les collagénoses et la dystrophie musculaire. La prédominance de blessures musculaires lors de contractions excentriques est également exposée. Le modèle développé dans ce projet de recherche met ainsi à l’avant-scène le concept de transition de phase ouvrant la porte au développement de nouvelles technologies pour l’activation musculaire chez les personnes atteintes de paraplégie ou de muscles artificiels compacts pour l’élaboration de prothèses ou d’exosquelettes.

Les vibrations éoliennes sont la cause principale de bris de conducteurs en fatigue des lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Ces vibrations sont dues à des détachements tourbillonnaires produits dans le sillage du conducteur. Une méthode commune de réduction des vibrations est l'ajout d'amortisseurs de vibrations près des pinces de suspension. Contrairement aux essais en ligne expérimentale, la modélisation numérique permet d'évaluer rapidement et à faible coût la performance d'un amortisseur de vibration sur une portée de ligne aérienne. La technologie la plus fréquemment utilisée fait appel au principe de balance d'énergie (PBE) en évaluant le niveau de vibrations pour lequel la puissance injectée par le vent est égale à la puissance dissipée par le conducteur et l'amortisseur. Les méthodes actuelles pour la prédiction des vibrations reposent sur des hypothèses simplificatrices quant à la modélisation de l'interaction conducteur-amortisseur. Une approche prometteuse pour la prédiction des vibrations est l'utilisation d'un modèle numérique temporel non linéaire qui permet de mieux représenter la masse, la géométrie, la rigidité et l'amortissement du système. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer un modèle numérique avec intégration temporelle directe d'un conducteur et d'un amortisseur en vibration permettant de reproduire le comportement dynamique du système pour la gamme de fréquence et d'amplitude typique des vibrations éoliennes des conducteurs. Un modèle par éléments finis d'un conducteur seul en vibration résolu par intégration temporelle directe a d'abord été développé en considérant une rigidité de flexion variable. Comme une rigidité de flexion constante et égale à 50% de la rigidité de flexion maximale théorique ( EImax ) est jugée adéquate pour la modélisation du conducteur, c'est cette valeur qui a été utilisée pour la suite du projet. Ensuite, des modèles non-linéaires pour deux types d'amortisseur de vibrations (Stockbridge et Hydro-Québec) ont été développés. Ces modèles reproduisent adéquatement le comportement dynamique des amortisseurs pour une grande gamme de fréquences et d'amplitudes de déplacement. Finalement, les modèles d'amortisseur ont été intégrés au modèle de conducteur et uil nouvel outil de prédiction de vibrations éoliennes basé sur le principe de balance d'énergie (PBE) a été développé. Celui-ci permet de bien reproduire des àmplitudes de vibration mesurées sur une ligne expérimentale, en particulier dans la gamme 8 à 35 Hz. À plus long terme, un tel modèle pourrait servir de point de départ vers une modélisation temporelle complète du phénomène de vibrations éoliennes des conducteurs incluant l'excitation éolienne, l'auto-amortissement des conducteurs et des conditions limites réalistes pour les lignes aériennes.

Pour optimiser les structures des aéronefs, il est maintenant nécessaire de concevoir le matériau au " juste-besoin ", de façon à diminuer le ratio masse/performances. Par une bonne gestion du procédé de fabrication et un choix judicieux des matériaux constitutifs, les composites à renfort tissé et à matrice organique ont ce potentiel. Mais pour l'exploiter pleinement, de nouvelles approches adaptées à ce type de matériau doivent être développées. Pour cela, une chaîne de calcul multimodèle est proposée, permettant de prévoir les propriétés mécaniques élastiques saines ou endommagées du matériau à partir de ses paramètres de conception. Cette chaîne est établie à l'échelle mésoscopique, pour pouvoir prendre en compte la géométrie du renfort. Une procédure spéciale de création de maillages de cellules mésoscopiques de composites tissés a été développée, de façon à faire le lien entre la déformée du renfort après mise en forme, obtenue par simulation EF, et les autres modèles de la chaîne (injection de résine, cuisson du composite, comportement mécanique). Le bon fonctionnement de l'approche est montré par l'étude de deux cas-tests, un renfort de quatre plis de taffetas et un renfort de quatre plis de satin de 5, chacun compactés à différents niveaux et selon plusieurs configurations d'imbrication de plis. Enfin, pour anticiper la validation de la chaîne de modélisation, une étude expérimentale comparative entre plusieurs composites tissés compactés à différentes épaisseurs a été menée. Ce travail se place dans le cadre de la construction future d'une chaîne multiéchelle plus globale qui, parcourue dans le sens inverse, permettra de concevoir le matériau sur-mesure en fonction des performances structurales locales désirées.

Les structures autobloquantes sont des assemblages de blocs disposés périodiquement. La géométrie des blocs etles frottements entre blocs ainsi que la compression appliquée aux bords de l'assemblage jouent un rôle centraldans la cohésion de l'ensemble de l'assemblage. Des expériences d'indentation ont été menées pour étudier la réponse mécanique de matériaux autobloquants constitués de cubes en alumine et de blocs ostéomorphes enpolymère. Ces résultats ont été reproduits en utilisant deux méthodes numériques : la méthode des éléments finiset la méthode des éléments discrets utilisant un code dédié. Différentes variables de conception ont pu être étudiées par simulations numériques et les expériences nous ont permis de connaître la réponse d'un assemblage endommagé. De nouveaux assemblages à structure hierarchique ont été proposés et testés ouvrant de nouvellesperspectives.

Les différents travaux de recherche menés dans le cadre de la présente thèse, ont pour objectifs de :(i) comprendre les mécanismes et phénomènes prenant part dans la plasticité des aciers en présence d'une transformation de phases diffusive ou martensitique. (ii) développer des outils de prédiction de TRIP capables d'une part de reproduire correctement cette déformation macroscopique pour des cas de chargements complexes et d'autre part de nous offrir des enseignements sur les interactions élasto-visco-plastiques locales entre phase naissante et phase parente. Pour ce faire, de nouvelles campagnes d'essais TRIP à chargements uni- et bi-axiaux constants ou variables ont été menées sur l'acier 35NCD16 pour une transformation austénitemartensite et l'acier 100C6 pour une transformation austénite-perlite. En complément, des essais de traction-compression et relaxation ont été réalisés pour caractériser les propriétés élastoviscoplastique ssur chacune des 2 phases de l'acier 100C6...

Cette thèse porte sur l'analyse d'un phénomène particulièrement important dérivant des conséquences mécaniques des transformations de phases solide-solide dans les aciers : la plasticité de transformation ou TRIP (Transformation Induced Plasticity) et son interaction avec la plasticité classique. Ce sujet est abordé à la fois par des investigations expérimentales et par une approche de modélisation numérique, pour les transformations martensitiques.

Le formage incrémental consiste à utiliser un poinçon de forme simple dont le mouvement va progressivement mettre en forme une tôle. Il ouvre de nouvelles perspectives quant au potentiel des procédés de mise en forme des tôles métalliques. La mise en oeuvre du formage incrémental par des systèmes mécaniques ayant des capacités dynamiques accrues et des volumes accessibles importants tels que les robots manipulateurs sériels ou parallèles est un moyen efficace d'améliorer, d'une part la productivité mais aussi la complexité des pièces formées. L'objectif scientifique de ce travail est de contribuer au développement d'une approche globale du problème, en se plaçant à la fois à l'échelle " mésoscopique " du procédé et à l'échelle " macroscopique " du système de fabrication. C'est dans ce contexte qu'est proposée une approche couplée matériau/structure combinant d'une part l'analyse éléments finis du procédé et d'autre part un modèle élastique de la structure du robot.Tout d'abord, les efforts requis au niveau de l'outil pour former la pièce sont calculés sous l'hypothèse d'une structure de machine parfaitement rigide. Afin de minimiser l'erreur entre la prédiction et la mesure des efforts de formage, trois facteurs identifiés comme influents sur le niveau d'effort sont étudiés. Il est alors démontré, qu'à partir d'un choix de paramètres adapté, il est possible de s'affranchir de la mesure des efforts de formage, ce qui n'est actuellement pas le cas dans la littérature.Les efforts prédits sont ensuite définis comme une donnée d'entrée du modèle élastique de la structure robot afin de calculer les erreurs de poses du centre outil. Pour prendre en compte le comportement élastique de la structure, la modélisation des structures robotisées par des éléments de type poutre est retenue puis appliquée à un robot industriel Fanuc S420if. Elle permet de prédire ce comportement avec une précision maximale de ± 0,35 mm, quelque soit le chargement en bout d'outil supportable par le robot.Afin de valider l'approche, deux pièces sont formées par le robot : un cône tronqué et une pyramide vrillée. La géométrie de ces deux pièces permet de valider à la fois les hypothèses de la simulation ainsi que l'approche globale. Ces deux expérimentations entraînent une amélioration de 80 % de l'exactitude de pose du robot, rapprochant ainsi celui-ci des performances d'une machine à commande numérique à structure cartésienne.Finalement, dans la dernière partie, une boucle d'optimisation permet de prendre en compte, dès le calcul de la trajectoire, l'effet du retour élastique de la tôle avant le débridage de la pièce afin de minimiser l'écart entre le profil nominal et le profil formé. L'application de l'approche couplée à cette trajectoire se traduit par une précision géométrique de ± 0,15 mm du profil formé avant desserrage de la tôle, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes quant à l'application de la méthodologie.

En mécanique des matériaux, la volonté actuelle est de chercher à mieux comprendre certains phénomènes macroscopiques en étudiant la microstructure et les phénomènes physiques à l'échelle microscopique. Cette approche est rendue possible par les nombreux développements dans les techniques d'homogénéisation en mécanique multi-échelles. Dans la présente thèse, on travaille sur les élastomères chargés pour lesquels de nombreuses propriétés mécaniques sont étroitement liées à l'arrangement des particules et agrégats de noir de carbone dans la matrice élastomère, à l'échelle microscopique. La démarche adoptée s'articule autour de deux objectifs principaux. Le premier consiste à modéliser la morphologie de la microstructure du matériau. Pour cela, on met en place un modèle aléatoire de morphologie mathématique décrivant chaque échelle de la microstructure. On propose une méthode d'identification de ce modèle à partir de l'exploitation d'images de microscopie à transmission. Cette méthode trouve son originalité dans le fait d'optimiser le modèle en simulant des images de microscopie à transmission, sur lesquelles on mesure les moments statistiques d'ordre deux et trois que l'on compare aux moments expérimentaux. Cette méthode permet finalement de simuler des microstructures dont la morphologie est très proche de celle du matériau réel. Le second objectif consiste, à partir des microstructures ainsi simulées, à déterminer les propriétés effectives du matériau par le calcul par éléments finis à travers la notion de Volume Elémentaire Représentatif (VER). L'idée est de déterminer la taille du VER par une méthode numérique et statistique en cherchant à estimer les propriétés effectives par une approche de type Monte-Carlo, pour des simulations de microstructures de tailles croissantes. La déterminaton du VER porte sur les modules élastiques et la conductitivité électrique. De nombreux outils tels que le maillage par éléments finis ou encore le calcul parallèle appliqué aux matériaux présentant un fort contraste sur les propriétés entre les phases, ont été explorés afin de mener à bien ce dernier objectif.

Bien que son utilisation requière plus de paramètres que les méthodes traditionnelles la méthode des éléments finis est de plus en plus utilisée pour la conception, des ouvrages géotechniques. Son utilisation nécessite notamment la définition du champ initial des contraintes qui reste très difficile à estimer et mesurer.Ce travail de thèse est une contribution à une meilleure connaissance de l'état initial des contraintes dans une pente. La thèse comporte des études numériques et expérimentales.Les études numériques évaluent, dans un premier temps, la variation des résultats des calculs par la méthode des éléments finis induite par l'incertitude sur l'état initial des contraintes. Dans un deuxième temps, la distribution des contraintes suite à la modélisation d'une pente au moyen du logiciel CESAR-LCPC est étudiée. L'influence des paramètres géologiques, géométriques et mécaniques sur le champ initial des contraintes est étudiée.L'objectif de l'étude expérimentale est de mesurer, avec des capteurs de pression totale fonçables, les contraintes horizontales dans une pente. La campagne expérimentale opte pour un suivi de la relaxation des contraintes horizontales jusqu'à la stabilisation des mesures. Des essais en laboratoire, réalisés au CEREMA à Aix en Provence, incluent des essais œdométriques à mesure de K0 qui donnent des valeurs du coefficient de pression des terres au repos mesuré en laboratoire. Les difficultés liées à la mesure du coefficient de pression des terres au repos et les paramètres qui peuvent l'influencer (nature des terrains, variations de teneur en eau, etc.) sont discutés / Though the finite element method requires more input data than traditional methods, it is increasingly used for the design of geotechnical structures. Its use needs to define initial stresses, which are difficult to estimate or to measure.This thesis is a contribution to a better understanding of the initial stresses in a slope. It consists of both numerical and experimental studies.The numerical studies focus on two issues. At first, they assess the effects of initial stresses on the results of calculations using finite element methods. Secondly, the distribution of stresses in a slope is analysed, using CESAR-LCPC finite elements software. The influence of geological, geometric and mechanical parameters on the state of stresses is studied.The objective of the experimental studies is to measure the lateral stresses in a slope using push-in total stress cells. The stresses are measured continuously in order to estimate the stresses in the ground after the dissipation of the effects of installation procedure. Laboratory tests made at CEREMA in Aix-en-Provence include “K0 oedometer tests” which provide measures of the coefficient of earth pressure at rest. The difficulties associated with the measurement of the coefficient of earth pressure at rest and the parameters that can influence it (type of soil, geometry of soil mass, water content ...) are discussed

En 2010, 130 enfants ont perdu la vie lors d’un accident sur les routes françaises. Une meilleure connaissance des mécanismes lésionnels lors d’un accident pourrait permettre d’améliorer leur sécurité. Si les modèles de mannequins de crash-test existants permettent d’obtenir certaines informations sur les niveaux d’effort subis localement et sur la cinématique, les modèles numériques par éléments finis peuvent fournir des informations complémentaires sur le comportement des organes internes. Or il n’existe actuellement que très peu de modèles numériques d’enfants. L’objectif de ce projet est de développer et évaluer un modèle éléments finis d’un enfant de 6 ans passager d’un véhicule (FEMOCS6). L’acquisition géométrique de ce modèle a été réalisée à partir d’images scanner d’enfants pour le tronc et la tête et de la mise à l’échelle de géométries d’adultes pour les membres. La géométrie maillée est composée d’environ 390 000 éléments triangulaires et 460 000 éléments tétraédriques. L’étude de la problématique de l’enfant nous a permis de définir certaines hypothèses de modélisation et de déterminer les propriétés mécaniques implémentées dans le modèle. Les propriétés matériaux proviennent en partie de travaux de caractérisation des tissus de l’enfant mais par manque de données la plupart des propriétés sont issues des valeurs de l’adulte. Le comportement mécanique du modèle a ensuite été évalué par la simulation d’essais décrits dans la littérature : impacts, compressions dynamiques et chocs avec utilisation d’un dispositif de retenue. Le modèle évalué pourra alors permettre d’étudier l’efficacité des différents dispositifs de retenue d’enfants existants. / 130 children died in the French roads in 2010. A better knowledge of the mechanisms of injuries could lead to an improvement of their safety. Crash test dummies provide data on the local forces and on kinematics but finite element models can provide further data on the mechanical behaviour of internal organs. However, few numerical models of children currently exist. The purpose of this project is to develop and assess a finite element whole-body model of a 6 year old child (FEMOCS6). The geometry of this model was provided by medical imaging data of children for the trunk and the head and by a scaling down of an adult geometry for the limbs. Meshed geometry is made up of about 390 000 tria elements and 460 000 tetra elements. The study of the specificities of children led to the definition of modelling hypotheses and of the mechanical properties. Material properties were partly provided by characterizations of paediatric tissues from literature but a lack of data led to the use of adult data for the most of the tissues. The mechanical behaviour of the model was assessed by the numerical simulations of paediatric tests from the literature: impacts, dynamical compression and sled tests with a restraint system. The model could allow to study efficiency of existing child restraint system.