Cette thèse s'appuie sur une méthode multi-échelle dédiée à la modélisation et au calcul des vibrations moyennes fréquences : la "Théorie Variationnelle des Rayons Complexes", qui suppose initialement que la structure étudiée soit un assemblage de sous structures homogènes. Elle a déjà été validée dans le cas des assemblages de plaques et de coques tridimensionnels. Cependant, la plupart des structures industrielles présentent des inhomogénéités structurales comme des trous de passage de câbles, qui modifient sensiblement la réponse vibratoire en moyennes fréquences. L'objet de la thèse est de permettre leur prise en compte. La démarche proposée consiste enrichir l'espace des fonctions de base qu'exploite la méthode par des fonctions de correction adaptées à l'inhomogénéité.

Les matériaux composites sont largement utilisés dans les structures aéronautiques. Les travaux présentés ici visent à mettre en place une méthode de calcul permettant de prédire les délaminages dans ces structures stratifiées soumises à des chargements dynamiques tout en assurant des coûts de calculs compatibles dans un contexte industriel. Une méthode de décomposition de domaine en dynamique est d'abord utilisée, afin de coupler des modélisations et des pas de temps de calcul différents. Une modélisation fine est utilisée uniquement dans les zones en cours de dégradation. Une représentation macroscopique du stratifié par des éléments de coque 3D est développée et employée dans le reste de la structure. Les coûts de calcul sont ainsi réduits tout en assurant une bonne précision des résultats. Pour éviter un remaillage avec l'avancée du délaminage, une approche multi-échelle en temps et en espace est ensuite proposée. Un maillage global de coque 3D de l'ensemble de la structure est défini. Des maillages utilisant une représentation fine du matériau sont utilisés localement. Des pas de temps adaptés sont utilisés dans les deux types de maillage.

Lors de l'élaboration de pièces métalliques de grandes dimensions, la présence interne de pores est habituellement observée. Ces défauts internes sont généralement refermés lors des premières passes de transformation à chaud. Il y a cependant à l'heure actuelle un manque de connaissance sur les mécanismes mis en jeu lors de cette refermeture, et par conséquent aucune prédiction précise possible et un taux de rebut assez important. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à mieux comprendre les mécanismes de refermeture en identifiant les paramètres procédés, matériaux et morphologiques clés lors de la refermeture. Ce travail s'est déroulé dans le cadre d'un consortium industriel impliquant six partenaires. La problématique industrielle est donc particulièrement variée en termes de matériaux, de procédés et d'états initiaux de pores.Une étude approfondie des modèles existants dans la littérature est d'abord présentée. Les deux familles d'approches utilisées sont discutées : l'approche explicite en champ complet, et l'approche micro-analytique. Il est montré que ces deux approches ne sont pas suffisantes pour établir un modèle de prédiction dont la précision réponde aux enjeux industriels.Une nouvelle approche est donc proposée dans cette thèse à l'échelle mésoscopique. Les mécanismes de refermeture sont étudiés à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif (VER), permettant une description 3D particulièrement précise des mécanismes locaux, tout en appliquant des conditions aux limites représentatives des états mécaniques mis en jeu à l'échelle macroscopique.Les mécanismes locaux ont été étudiés au moyen d'une vaste campagne de simulations éléments-finis 3D à l'échelle d'un VER. Les paramètres étudiés sont : les paramètres matériaux, la morphologie du pore, et le chargement thermomécanique subit durant la déformation. L'étude a montré que la morphologie et l'état de contraintes sont de premier ordre sur le comportement en refermeture, et que les paramètres matériaux sont de second ordre. Les influences des paramètres de premier ordre ont ensuite été quantifiées afin de proposer un modèle de prédiction de refermeture robuste. La morphologie du pore est exprimée par le biais de ses dimensions équivalentes (rapports d'élongations tridimensionnels) et de son orientation par rapport à la direction principale de déformation. L'état de contraintes est exprimé par le taux de triaxialité des contraintes.Le modèle a finalement été implémenté dans un code éléments finis de mise en forme et une validation sur cas industriels est présentée afin d'évaluer les bénéfices obtenus par ce nouveau modèle par rapport aux modèles de la littérature. Une validation expérimentale a également été menée par le biais d'essais d'écrasements d'échantillons poreux dont l'état de porosité a été mesuré par micro-tomographie aux rayons X avant et après les essais.

Les fibres végétales utilisées comme renfort dans les matériaux composites présentent des propriétés mécaniques spécifiques concurrentielles par rapport à celles des fibres de verre. De plus, elles ont l'avantage d'être renouvelables et recyclables. Toutefois, leur principal inconvénient est leur sensibilité à l'humidité, ce qui a pour conséquence d'induire une baisse des propriétés mécaniques ainsi d'une décohésion de l'interface fibre/matrice. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'influence de l'humidité sur le comportement hygro-mécanique de fibres de lin. La première partie de mes travaux a été consacrée à la caractérisation des propriétés hygroscopiques et mécaniques de la fibre et du composite. Dans la deuxième partie, deux modèles multi-échelles, l'un analytique et l'autre numérique, ont été développés pour l'estimation des propriétés hygro-mécaniques des fibres élémentaires de lin. Ils utilisent en partie pour données d'entrée, les propriétés identifiées dans la première partie.

Les images issues d'une chaîne d'acquisition sont généralement dégradées par le bruit du capteur. La tâche qui consiste à restaurer une image de bonne qualité à partir de sa version bruitée est communément appelée débruitage. Celui-ci a engendré une importante littérature en pré-traitement des images. Lors de ce travail de thèse, et après avoir posé le problème du débruitage en présence d'un bruit additif gaussien, nous avons effectué un état de l'art méthodique sur ce sujet. Les méthodes présentées cherchent pour la plupart à reconstruire une solution qui présente une certaine régularité. En s'appuyant sur un cadre bayésien, la régularité de la solution, qui peut être imposée de différentes manières, a été formellement mise en place en passant dans le domaine des transformées multi-échelle. Ainsi, afin d'établir un modèle d'a priori, nous avons mené une modélisation des statistiques marginales et jointes des coefficients d'images dans le domaine des transformées multi-échelles orientées (e.g. curvelets) et non-orientées (e.g. ondelettes). Ensuite, nous avons proposé de nouveaux estimateurs bayésiens pour le débruitage. La mise en œuvre de ces estimateurs est effectuée en deux étapes, la première consistant à estimer les hyperparamètres du modèle de l'a priori en présence du bruit et la seconde à trouver une forme analytique pour l'estimateur bayésien correspondant. Dans un premier temps, nous avons mis en place des estimateurs bayésiens univariés en mettant à profit les statistiques marginales des coefficients des images dans des représentations multi-échelle comme les ondelettes. Ces lois marginales ont été analytiquement modélisées par le biais des distributions: ?-stable et les Formes K de Bessel. Dans un second temps, nous avons amélioré les performances de nos estimateurs univariés en introduisant l'information géométrique dans le voisinage des coefficients. Plus précisément, nous avons proposé un cadre statistique bayésien multivarié permettant de prendre en compte les dépendances inter- et intra-échelle des coefficients, en mettant à profit les statistiques jointes de ces derniers dans le domaine des curvelets et des ondelettes non décimées. Ensuite, nous avons mis en place l'estimateur bayésien multivarié correspondant basé sur une extension multivariée de la distribution des Formes K de Bessel. Une large étude comparative a finalement été menée afin de confronter nos algorithmes de débruitage à d'autres débruiteurs de l'état de l'art.

Les fournisseurs de services de cloud computing, les réseaux sociaux et les entreprises de gestion des données ont assisté à une augmentation considérable du volume de données qu'ils reçoivent chaque jour. Toutes ces données créent des nouvelles opportunités pour étendre la connaissance humaine dans des domaines comme la santé, l'urbanisme et le comportement humain et permettent d'améliorer les services offerts comme la recherche, la recommandation, et bien d'autres. Ce n'est pas par accident que plusieurs universitaires mais aussi les médias publics se référent à notre époque comme l'époque "Big Data". Mais ces énormes opportunités ne peuvent être exploitées que grâce à de meilleurs systèmes de gestion de données. D'une part, ces derniers doivent accueillir en toute sécurité ce volume énorme de données et, d'autre part, être capable de les restituer rapidement afin que les applications puissent bénéficier de leur traite- ment. Ce document se concentre sur ces deux défis relatifs aux "Big Data". Dans notre étude, nous nous concentrons sur le stockage de sauvegarde (i) comme un moyen de protéger les données contre un certain nombre de facteurs qui peuvent les rendre indisponibles et (ii) sur le placement des données sur des systèmes de stockage répartis géographiquement, afin que les temps de latence perçue par l'utilisateur soient minimisés tout en utilisant les ressources de stockage et du réseau efficacement. Tout au long de notre étude, les données sont placées au centre de nos choix de conception dont nous essayons de tirer parti des propriétés de contenu à la fois pour le placement et le stockage efficace.

Ce travail s'inscrit dans le contexte de l'évaluation et de la prévention des risques d'effets dominos suite à une explosion sur un site industriel. Il s'intéresse plus précisément à la vulnérabilité de réservoirs de stockage soumis à une onde de souffle. Le mode d'explosion étudié est celui de la détonation gazeuse. L'objectif est double. Il consiste d'une part à caractériser le chargement auquel est soumis le réservoir et d'autre part à prédire la réponse du réservoir à ce chargement. Des expérimentations ont été réalisées à échelle réduite, pour trois géométries caractéristiques de réservoirs, satisfaisant des conditions de similitudes énergétiques et mécaniques. Des essais sur maquettes de réservoirs rigides ont permis de caractériser le chargement issu d'une détonation : répartition spatio-temporelle de la surpression et de l'impulsion et détermination de coefficients de réflexion. Des essais sur maquettes métalliques déformables ont permis de déterminer le niveau de chargement nécessaire pour endommager la structure par flambage. Une approche semi-analytique du flambage dynamique basée sur une modélisation simplifiée du chargement de surpression de type Friedlander associée à un modèle de coque élastique surbaissée de Donnell et à la croissance d'imperfections géométriques jusqu'à une taille critique a été développée. Son application permet la construction des courbes critiques de flambage des réservoirs métalliques dans des diagrammes pression-impulsion. La confrontation entre les résultats expérimentaux et les prédictions numériques souligne l'intérêt et la pertinence de la démarche proposée.

Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation multi-échelle du polyéthylène(PE) en vue d'évaluer l'impact du vieillissement thermo-oxydatif. Cette étude a apporté un premier élément de réponse quant à l'efficacité de quelques méthodes de dosage des hydroperoxydes. Les résultats obtenus ont révélé une différence des concentrations en hydroperoxydes titrées par iodométrie par rapport à celles titrées par SO2 et MDSC lors de la deuxième période c'est-à-dire lors de la décomposition des hydroperoxydes. Cette différence semble directement reliée à l'apparition de double liaison. Les méthodes de dosage par SO2 et MDSC semblent être plus fiables. A l'échelle macromoléculaire, la chute de la masse molaire en poids Mw jusqu'à une valeur asymptotique de deux traduit des phénomènes de coupures de chaînes liés. A l'échelle microstructurale, l'augmentation de Xc est liée aux phénomènes de recuit et de chimicristallisation responsables de la formation et de l'épaississement des lamelles secondaires respectivement. Lors de la seconde période, l'augmentation de Mw liée à la diminution de Xc est due à la réticulation qui est confirmée par l'apparition des doubles liaisons et l'observation d'un gel lors de la dissolution du PEhd. Ces phénomènes de réticulation ont lieu au sein de la phase amorphe mais également à l'interphase avec la phase cristalline / The work of this thesis focused on the multi-scale characterization of polyethylene (PE) to assess the impact of thermo-oxidative aging. This study provided a first answer about the effectiveness of some hydroperoxides titration. The results revealed a difference in hydroperoxides concentrations titrated by iodometry compared to SO2 and MDSC in the second period that correpond to the decomposition of hydroperoxides. This difference appears to be linked to the occurrence of double bond. Titration methods with SO2 and MDSC seem to be more reliable. On the macromolecular scale, the decrease of the molecular weight Mw up to an asymptotic value of two is related to the chain scission process. On the microstructural scale, the increase of Xc is linked to the annealing and the chimicristallisation process which are responsible of the formation and the thickening of secondary lamellae. During the second period, the increase of Mw is related to the decrease of Xc due to crosslinking, which is confirmed by the occurrence of the double bonds and the observation of a gel during the dissolution of HDPE. These crosslinking phenomenon takes place in the amorphous phase but also in the transition region

En milieu aquatique, 90% des microorganismes se présentent sous forme de biofilm plutôt que dans un état planctonique. Les biofilms peuvent se former sur la plupart des surfaces humides, en particulier, les milieux poreux en raison de leur grande surface spécifique. La formation du biofilm dans les milieux poreux représente un domaine précieux pour la recherche scientifique en raison de sa pertinence pour de nombreux processus industriels, telles que le traitement des eaux, la bio-médiation des sols, la récupération du pétrole et le stockage du CO2. Cependant, le développement du biofilm n’est pas simplement une agrégation passive de cellules, il implique des interactions biologiques, physiques et chimiques avec le microenvironnement. Les études macroscopiques ont démontré que les conditions hydrodynamiques dans les milieux poreux jouent un rôle décisif sur la dynamique d'accumulation des biofilms, ce qui influence à son tour les propriétés hydrodynamiques comme la porosité, la perméabilité et la chute de pression. Dans cette thèse nous avons mis au point une méthodologie et un dispositif expérimental permettant la caractérisation de la structure d’un biofilm.A partir de cette procédure, une étude expérimentale sur l’influence de l’écoulement sur la formation et la structure des biofilms a été effectuée sur une souche bactérienne Pseudomonas putida. Les biofilms sont développés dans des micros cellules d’écoulement de type Hèle-Shaw (en PDMS ou PMMA) et alimentés en continue avec un milieu nutritif. La caractérisation de la colonisation avant croissance du biofilm a été également réalisée afin de pouvoir caractériser la variabilité statistique et la reproductibilité des expériences. La formation du biofilm sur un support solide dans un écoulement cisaillé a été évaluée après 24h, 48h et 72h de développement pour deux conditions hydrodynamiques, Re=0.04 (0.0021 Pa) et Re=2 (0.094 Pa). Les observations ont été effectuées sous microscope confocal à l’aide de marqueurs fluorescents. Des images 2D sont prises en différentes positions puis sont utilisées pour effectuer une reconstruction 3D du biofilm avec l’évaluation la distribution spatiale sur une zone de 12*12mm². Nous avons ensuite mis en évidence que les biofilms formés sont peu sensibles aux conditions de colonisation initiales. Nous avons également observé une stratification du biofilm selon la hauteur. La couche interne présente une faible épaisseur (5~10 µm) mais avec une structure dense, tant dis que la couche externe présente plutôt une structure filamenteuse. Le rapport des fractions volumiques entre ces deux couches peut varier de 3 jusqu’à 12, selon le temps de formation. Cet écart est autant plus important pour le cas de faible cisaillement que celui de fort cisaillement. Ceci montre que la partie supérieure du biofilm semble être contrôlée par les conditions hydrodynamiques. En analysant la distribution spatiale du biofilm, nous avons constaté une forte hétérogénéité après 48h de développement présente dans la structure, ainsi qu’une diminution de la fraction volumique de la biomasse après 72h, pour les deux conditions hydrodynamiques imposées. Ceci évoque de probables détachements ou des érosions du biofilm. A propos de la cinétique de croissance, on constate un taux de croissance apparent différents pour chaque temps d’observation. Ces valeurs sont largement inférieures aux taux de croissance observé en culture libre. Ce résultat indique également un possible effet de l’hydrodynamique sur la croissance du biofilm. Cette étude nous permet, à partir des mesures à l’échelle microscopique, d’obtenir des informations sur la structure et le taux de croissance apparent du biofilm, ainsi que l’effet de l’hydrodynamique sur ses propriétés à l’échelle de quelques pores. Ce changement d’échelle, permettra à terme de développer des outils pour simuler et/ou modéliser l’évolution de la morphologie et la distribution spatiale d’un biofilm dans un milieu poreux. / In the aquatic environment, 90% of microorganisms are present as a biofilm rather than free-swimming cells. Biofilms may develop on most of humid surfaces, in particular, in porous media for their high specific surface area. Biofilm formation in porous media is very interesting subject for many scientific researchers, because of its relevance to many industrial processes such as water treatment, soil bio- mediation, oil recovery and CO2 storage. However, the development of the biofilm is not just a passive aggregation of bacteria cells. It involves biological, physical and chemical interactions with the bacteria’s micro-environment. Several studies in macroscopic scale have shown that hydrodynamic conditions in porous media play an essential role on the dynamics of biofilm growth, which in turn affects hydrodynamic properties of porous media such as porosity, permeability and pressure drop. In this thesis we have developed an experimental device and an appropriate methodology for the characterization of biofilm’s structure. An experimental study on the influence of fluid flow on the formation and structure of biofilms was performed using a bacterial strain Pseudomonas putida. Biofilms were grown in micro Hele-Shaw flow cell (in PDMS or PMMA) under laminar flows (Re=0.04~2) and fed continuously with a nutrient medium. Characterization of initial colonization was also carried out in order to examine the statistical variability and reproducibility of experiments. Biofilm formation on a solid support under a sheared flow (Re=0.04 (0.0021 Pa) and Re = 2 (0.094 Pa)) was evaluated after 24, 48 and 72h of development. Observations were made under a confocal laser scanning microscopes using fluorescent tag. 2D images were taken at different positions in the flow cell and used to perform a 3D reconstruction of biofilm’s structure and an evaluation of its spatial distribution for an observation area of 12 *12mm². The results show that biofilms formation is not sensitive to initial colonization. A stratification of biofilm was also observed. The inner layer has a thin thickness (5~10 µm), but with a dense structure, while the outer layer show rather a filamentous structure. The ratio of volume fractions between these two layers varies from 3 to 12, depending on the formation time. This difference is more important in the case of low shear stress than that of high shear stress, which means that the upper part of the biofilm seems to be controlled by the hydrodynamic conditions. By analyzing the spatial distribution of the biomass, we found that after 48h, the biofilm present a significant heterogeneity and the volume fraction of biomass decreases after 72h for both two hydrodynamic conditions, which suggests probable detachments or erosions of biofilm. Concerning the growth kinetics, different apparent growth rates were observed for each observation time. These values are significantly below the growth rates observed in free culture medium. This result also indicates a possible effect of hydrodynamics on the growth of biofilm. This experimental study of biofilm formation in micro-scale allowed us to obtain the information on the biofilm structural and its apparent growth rate, as well as the hydrodynamic effect on its properties across several pores of the porous media. This scaling up makes it’s possible to develop eventually mathematical models to simulate the evolution biofilm’s morphology and its spatial distribution in the porous medium.

L’objectif de ce travail est d’obtenir, grâce à un mélange de différentes informations, un monitorage de l’activité du fœtus pour apprécier son état de bien-être ou de souffrance.Actuellement, les paramètres qui caractérisent la souffrance fœtale, issus du rythme cardiaque et des mouvements fœtaux, sont évalués par le médecin et ils sont réunis dans le score de Manning. Deux inconvénients majeurs existent: a) l’évaluation du score est trop longue puisqu’elle dure 1 heure b) il existe des variations inter et intra-opérateur conduisant à différentes interprétations du bilan médical de la patiente.Pour s’affranchir de ces désavantages nous évaluons le bien-être fœtal d’une façon objective, à travers le calcul d’un score. Pour atteindre ce but, nous avons développé une technologie ultrasonore mufti-capteurs permettant de recueillir une soixantaine de signaux Doppler en provenance du cœur, des membres inférieurs et supérieurs. / The objective of this work is to assess the fetal parameters and the fetal well-being using a mixture of fetal parameters. In our days, the parameters derived from heart rate and fetal movements that characterize the fetal distress are assessed by the physician and unified in the score of Manning. Two major disadvantages of Manning’s score exist: a) the assessment of the score is time consuming; b) there are variations inter and intra operators leading to different interpretations of the patients medical record. To overcome these disadvantages we assess the fetal well-being objectively, by computing an automatic/electronic score. To achieve this goal, we developed an ultrasonic multi-sensor unit with 12 sensors allowing to collect sixty Doppler signals from the heart, lower and upper limbs.