La femme enceinte, au même titre que n’importe qui, peut être amenée à utiliser une voiture pour se déplacer et est ainsi donc potentiellement victime d’un accident de la route. Si l’intégrité physique de cette personne est alors menacée, il en est de même pour celle de son enfant à naître. Les accidents de la route sont d’ailleurs la première cause de blessures du fœtus à la suite d’un traumatisme. La question de recherche inhérente à ce travail vise à clarifier les mécanismes de blessures du fœtus à la suite d’un accident de la route et à identifier une éventuelle relation entre ces mécanismes et les interactions qui peuvent exister entre la victime de l’accident et son environnement immédiat. Les résultats de ces travaux proposeront également des outils nécessaires au développement et à l’évaluation de dispositifs de protection spécifiques prenant en compte la morphologie particulière d’une femme enceinte afin de diminuer le risque de pertes fœtales à la suite d'un accident de la route. Dans un premier temps, un modèle de liquide amniotique a été développé, validé puis couplé avec un modèle éléments finis représentatif d’une femme enceinte. Cet outil numérique permet notamment la simulation de divers scénarios d’accidents afin d’en étudier les conséquences pour le fœtus. Dans un second temps, des mesures de la position de conduite des femmes enceintes au cours de la grossesse ont été effectuées afin d’être capable de simuler des accidents de la route dans des conditions réalistes. Enfin, des critères prédicteurs de blessures fœtales ont été développés afin de permettre l’évaluation de l’efficacité de nouveaux dispositifs de protection. / Road accidents are the leading cause of fetal injuries resulting from trauma. The aim of this work is to clarify the mechanisms of fetal injuries following a road accident and to identify a possible relationship between these mechanisms and interactions that may exist between the accident victims and its immediate environment. The results of this work will also propose tools for the development and the evaluation of specific protection devices taking into account the particular morphology of a pregnant woman in order to reduce the risk of fetal loss following a road accident. Firstly, an amniotic fluid model was developed, validated and then coupled with a finite element model representative of a pregnant woman. This computational tool allows to perform various car accident simulations to evaluate their consequences for the fetus. Secondly, measures of the driving position of pregnant women during pregnancy have been conducted to be able to simulate road accidents in realistic conditions. Finally, fetal injury predictors have been developed to allow assessment of the effectiveness of new protective devices. These predictors were associated to possible injuriy mechanisms.

Dans le domaine de l’aéronautique, l’acception ‘shape morphing’ a été utilisée pour identifier ces avions qui subissent certaine modifications géométrique pour améliorer leur adaptation au différents profils de missions. Différemment de la solution classique, celle ‘shape morphing’ exige : une distribution d’actionnement avec une densité de puissance élevée, une mécanisation des structures, des revêtements souples, et le développement des loi de contrôle. Dans ce scénario, un modèle capable reconnaitre l'insertion de capteur et d'actionneur de nouvelle génération, et capable de réduire au minimum le coût du calcul devient très intéressant. Ce travail essaye d'affronter deux aspects différents du problème. Dans la première partie, la question suivante a été exploitée: pour un problème donné, géométrie, chargement, etc. .. condition aux limites, quel est le modèle le plus précis en terme de résultats, fidélité et avec le plus réduit coût de calcul? Deux approches différentes ont été utilisées pour donner une réponse. Le diagramme de la « Théorie Meilleur Plate (RTPB) » a été dessiné. Avec cet instrument il est possible, pour un problème donné, d'identifier les modèles ayants les meilleurs temps de calcul et une bonne fidélité des résultats. Dans la deuxième partie de la thèse un modèle avancé mono dimensionnel et multi domaine en éléments fini est présenté. Le modèle est capable de capturer l'insertion d'éléments piézo-électriques dans l'aile composite. Il a été développé à partir de la formulation Carrera unifiée et à partir de l'équation de comportement électro-mécanique. Une comparaison avec la bibliographie actuelle a été fait afin de valider les résultats. / In the field of aeronautics, shape morphing has been used to identify those aircraft that un-dergo certain geometrical changes to enhance or adapt to their mission profile. Different formthe classical solution the shape morphing required: distributed high-power density actuation, structural mechanization, flexible skins, and control law development. In these scenario, model able to capture the insertion of new generation sensor and actuator, and able to minimize the computational cost become very interesting. These work try to affront two different aspect of the problem. In the first part the following question has been exploited: for a given problem, geometry, loading, boundary condition etc... which is the most accurate model in term of results fidelity with the lowest computational cost? Two different approaches have been used to give an answer. The Best Plate Theory Diagram (BPTD) has been drawn. Trough the BPTD it is possible, for a given problem, to identify those models with the lowest computational time and a good results fidelity. An advanced mono-dimensional multi-field FEM model is presented in the second part of the thesis. The model is able to capture the insertion of piezo-electric elements in composite wing. It has been developed starting from the Carrera Unified Formulation and from the electro-mechanical constitutive equation. Comparison with the bibliography have be done in order to validate the results. / Nel campo dell’aeronautica il termine shape morphing identifica quei velivoli in grado di apportare determinati cambiamenti geometrici al fine di adattarsi a diversi profili di missione. Diversamente dalle soluzioni convenzionali la progettazione di velivoli shape morphing richiede : un’attuazione distribuita, uno skin flessibile in grado di pemettere le deformazioni e delle leggi di controllo. Divengono quindi di notevole interesse modelli in grado di cogliere l’inserzione di attuatori e sensori di nuova generazione all’interno dell’ala, e di esibire al contempo un basto costo computazionale. Nel lavoro presentato in questa tesi vengono trattati entrabi gli aspetti. Nella prima parte si è andati a dare una risposta alla segunete domanda: per un dato problema, geometria, condizioni di carico, etc..., qual è il modello più accurato, in termini di fedeltà dei risultati, che presenta il minor costo computazionale? Il problema è stato affrontato attraverso due differenti approcci, che hanno portato alla creazione della "Best Plate Theory Curve", attraverso la quale è possibile, per un dato problema, identificare il modello più idoneo in termini di fedeltà dei risultati e di costo computazionale. Nella seconda parte del lavoro viene presentato un modello mono-dimensionale multi-campo avanzato in grado di cogliere l’inserzione di elementi piezo-elettrici in ali in materiale composito. Questo elemento è stato viluppato partendo dalla Carrera Unified Formulation e dalle equazioni costitutive elettromeccaniche. Sono state effettuate poi delle validazioni attraverso confronti con la bibliografia.

Les éléments de poutres classiques (Euler-Bernoulli, Timoshenko, Vlassov…), sont tous basés sur certaines hypothèses simplificatrices, qui ont pour conséquence de fixer la forme de la cinématique de l'élément. Ceci revient à réduire un modèle ayant par définition une infinité de d.d.l., à un modèle avec un nombre fini de d.d.l.. Quel que soit donc le chargement auquel sera soumise la poutre, elle se déformera toujours selon la cinématique adoptée au départ. L'objectif de cette thèse est de s'affranchir des hypothèses inhérentes aux modèles de poutres classiques, pour développer un nouveau modèle de poutre enrichie, capable de représenter d'une manière précise les déformations globales aussi bien que locales. Ce type d'élément, permettra la représentation de la flexion transversale dans une poutre, de capturer des effets locaux, produits par exemple par un câble d'ancrage ou de précontrainte sur un tablier de pont, ou encore de traiter le traînage de cisaillement sur des poutres à grandes largeurs. Après un bref rappel de quelques théories de poutres classiques, on présentera dans les deux premiers articles, une nouvelle méthode pour la détermination de modes transversaux et de gauchissements, basée sur une analyse aux valeurs propres d'un modèle mécanique de la section pour l'obtention de la base des modes transversaux, et un procédé d'équilibre itératif pour la détermination de la base des modes de gauchissements. La cinématique ainsi définie, le PTV sera utilisé pour obtenir les équations d'équilibre de la poutre, pour ensuite en déduire la matrice de raideur à partir de leur solution analytique. Dans le troisième article, une nouvelle méthode est proposée pour l'obtention d'une cinématique plus appropriée, où les bases des modes transversaux et de gauchissements sont obtenues en fonction des chargements extérieurs. Cette méthode est basée sur l'application de la méthode des développements asymptotiques à la résolution des équations fortes décrivant l'équilibre d'une poutre / The available classical beam elements (such as Euler-Bernoulli, Timoshenko, Vlassov…), are all based on some hypothesis, that have the effect of defining the kinematic of the beam. This is equivalent to reducing a model with an infinity of d.o.f., to a model with a finite d.o.f.. Thus, for arbitrary loadings, the beam will always deform according to the adopted kinematics. The objective of this thesis, is to completely overcome all the hypothesis behind the classical beam models, to develop a new higher order beam model, able to represent precisely the global and local deformations. This kind of element will also allow the derivation of the transversal bending of the beam, to capture the local effects due to anchor or prestressing cables, or to treat the shear lag phenomenon in large width spans. After a brief review of some classical beam theories, we will develop in the two first articles a new method to obtain a basis for the transverse deformation and warping modes. The method is based on an eigenvalue analysis of a mechanical model of the cross section, to obtain the transverse deformation modes basis, and an iterative equilibrium scheme, to obtain the warping modes basis. The kinematic being defined, the virtual work principle will be used to derive the equilibrium equations of the beam, then the stiffness matrix will be assembled from their analytical solution. In the third article, a new method is proposed for the derivation of a more appropriate kinematic, where the transverse deformation and warping modes are obtained in function of the external loadings. The method is based on the application of the asymptotic expansion method to the strong form of the equilibrium equations describing the beam equilibrium

La thèse s’inscrit dans un axe de recherche visant à améliorer l’analyse par éléments finis (EF) des structures aéronautiques soumises au crash et à l’impact. L’étude s’intéresse, en particulier, à la modélisation des assemblages rivetés dans les calculs de structures, qui sont des zones de concentrations de contraintes propices à l’initiation de ruptures. Si la rupture de la fixation est maîtrisée, les modes de rupture dus aux perforations sont, quant à eux, difficiles à simuler dans un calcul sur structure complète. Afin de prendre en compte avec précision l’influence des perforations sur la réponse mécanique de telles structures, un super-élément perforé à 8 nœuds a été formulé lors d’une précédente thèse. Cependant, sa frontière interne est analytique et libre de chargement, ce qui rend difficile la connexion avec un élément rivet, et donc la modélisation de l’assemblage. L’étude proposée ici consiste donc à développer un super-élément perforé qui soit capable de tenir compte de l’influence de la perforation sur les champs mécaniques, d’une part, et qui soit formulé de façon à rendre possible l’interaction avec un macro-élément rivet, d’autre part. / The thesis is made in a context which consists in improving the finite element (FE) analysis of full-scale aircraft structures subjected to crash and impact loadings. The study is focused, in particular, on the rivetedassemblies modeling in structural computations, which are stress concentrations areas where ruptures initiation can occur. If the fastener rupture is mastered, the rupture modes due to perforations are, however, difficult to simulate in a complete structure computation. In order to accurately take into account the perforations influence on the mechanical response of such structures, a perforated super-element featuring 8 nodes have been formulated in a previous thesis. Nevertheless, its internal boundary is analytic and free of loads, which makes difficult the connection with a rivet element, and consequently the assembly modeling. The study proposed here consists in the developement of a perforated super-element which is, on the one hand, able to take into account the perforation influence on the mechanical fields, and which is, on the other hand, formulated such as the interaction with a rivet macro-element is possible.

Une part prépondérante de la régulation au niveau transcriptionnel passe par la modulation du taux d’initiation de la transcription. Chez les bactéries,l’initiation de la transcription implique la reconnaissance par le facteur sigma de l’ANR polymérase d’un motif de séquence particulier localisé approximativement10 bp en amont du site d’initiation de la transcription(TSS). Elle est modulée par la fixation de facteurs de transcription qui reconnaissent d’autres motifs à proximité. La technologie RNA-Seq donne accès au répertoire des TSS et des unités de transcriptions et offre donc des perspectives renouvelées pour s’attaquer au problème de l’identification des motifs de fixation des facteurs de transcription. Ce travail de thèse a visé à évaluer les outils existants et à développer de nouvelles méthodes pour la prédiction des sites de fixation des facteurs de transcription en combinant l’information des profils d’expression et des positions des TSS. Plusieurs approches fondées sur les modèles de matrices poids-position (PWM) vont être explorées pour étendre le modèle de mélange classiquement utilisé en relâchant l’hypothèse selon laquelle les motifs correspondants aux différents sites de fixations apparaissent indépendamment dans les différentes régions promotrices. Dans les nouveaux modèles, nous prendrons explicitement en compte une probabilité supérieure d’apparition d’un même motif dans des promoteurs dont les profils d’activité sont similaires. Une attention particulière sera aussi portée à la position du motif par rapport au TSS et au site de fixation du facteur sigma. En parallèle des développements méthodologiques nous travaillerons aussi sur l’utilisation de ces approches pour reconstruire le réseau des régulations transcriptionnelles chez L. monocytogenes en s’appuyant sur les données de la littérature et du projet List MAPS. Enfin,nous envisageons d’utiliser l’information sur le réseau de régulation pour étudier un point particulier qui serait pertinent. / This PhD project takes place in List MAPS, a Horizon 2020-funded Marie Curie Actions InnovativeTraining Network (ITN) with the goal of understandingof the ecology of Listeria monocytogenesthrough the combination of high throughput Epigenetics, Deep sequencing of transcripts, Proteomics, Bioinformatics, Mathematics and Microbiology. Acentralobjective of the ITN is to decipher the mechanismsunderlying adaptation and virulence of L. monocytogenes“from farm to fork”.This PhD project (subproject9) aims to tackle the task of transcription regulatorynetwork construction. A significant part of regulationat the transcriptional level is achieved by modulationof transcription initiation rate. In bacteria, transcriptioninitiation relies on recognition of particular sequencemotif by a Sigma-factor approximately 10 bpupstream of the transcription start site (TSS) and ismodulated by the binding of transcription factors recognizingother sequence motifs located nearby. RNASeqtranscriptomics provides direct information on therepertoire of TSSs and transcription units and therebyoffers renewed perspectives to address the problemof transcription factor binding sites identification. Thegoal of this PhD project is to assess existing toolsand to develop new methods for prediction of TF bindingsites by combining expression profiles and preciseinformation on the location of the TSSs. Severalapproaches based on position weight matrix (PWM)models will be investigated to extend the classicalmixture model by relaxing the hypothesis that motifscorresponding to different TF binding sites occur independentlybetween TSS regions.In the new model,we will explicitly account for the increased probabilityof occurrence of a same motif in two promoters whentheir profiles of activity across conditions are similar. A particular attention will also be paid to the positionof the motif with respect to the TSS and the sigmafactor binding site. In parallel to the methodologicaldevelopments we will also work on the use of theseapproaches to build the transcription regulatory networkof L. monocytogenes based on data form theliterature and from the List MAPS project. Finally, wewish to use the information on the regulatory networkto tackle a particular point relevant for the List MAPSproject using a dedicated model.

Les éléments de construction en béton renforcé par plaque constituent une technologie de construction émergente dont l’utilisation commence à se développer. Ces éléments sont constitués de deux plaques en acier en parement d’un béton de remplissage. Les plaques, connectées entre elles par des tiges métalliques, travaillent de façon composite pour octroyer à la structure ses propriétés de résistance mécanique. En cas de voilement local, les transferts d’action acier-béton ne sont plus développés entraînant une perte de résistance globale de la structure. Le présent document est consacré au risque voilement local induit par une élévation de la température. Deux aspects seront particulier étudiés : définir un domaine de flambement tenant compte de la plasticité local et obtenir une estimation de la déformée à une température donnée. Les résultats seront confrontés aux solutions issues de la simulation numérique et de l'expérimentation. / Steel concrete structures are a new building technology and its use starts to spread in civil engineering. these structures are made of two steel plates connected by tiebars and a concrete core. In order to provide resistance, steel and concrete must develop composite actions. In case of buckling of the steel plate, the transfer of the actions between steel and concrete is lost. This paper focus on preventing buckling failure’s mode of the structure in case of thermal loading. Two main issues are studied : defining an analytic operating for steel concrete structures regarding thermal buckling aspect including yielding coupling and getting an analytic estimation of the deflection. The results are finally confronted with numerical simulation and experimentation.

Le dimensionnement des liaisons boulonnées représente une part non négligeable du travail des bureaux d’études des industries aéronautiques. En effet leur nombre peut varier de plusieurs milliers à plusieurs millions selon le type d’avion. À l’heure actuelle la mise au point de ce type d’attache se fait grâce à des éléments finis en trois dimensions. La complexité des phénomènes mis en jeux par ce type de connexion tels que le contact le frottement et les jeux entraînent des calculs non linéaires très chronophages.L’objectif des travaux de thèse a été de proposer un connecteur élément fini remplaçant l’ensemble de la discrétisation 3D d’un boulon pour les calculs numériques de dimensionnement en étant basé sur des paramètres liés au comportement mécanique.La mise au point d’un algorithme prenant en compte le contact afin de modéliser le comportement global des parties assemblées fut le point de départ de la réflexion.Cet algorithme a été implémenté au sein du logiciel Samcef à travers une routine codée en Fortran 77.Des tests de qualifications du comportement normal et tangentiel ont été effectués afin de valider l’algorithme mis au point.Une méthode d’identification des paramètres du connecteur est ici proposée : certains peuvent être déterminés de manière analytique et d’autres de manière numérique.Enfin des cas tests de validation sur des assemblages industriels ont été effectués afin de mettre en évidence un gain en temps de calcul conséquent tout en maintenant une qualité suffisante pour le dimensionnement. / The design of bolted connections represents a significant part of the work of research department of aeronautical industries. Indeed, their number can vary from several thousands to several millions depending on the aircraft type. At the present time, the development of this type of attachment is done with finite elements in three dimensions. The complexity of concerned phenomena by this type of connection as the contact friction and gaps requires nonlinear computations which are very time consuming.The aim of the thesis was to propose a finite element connector for replacing the whole 3D discretisation of a bolt during the design computations while being based on parameters related to mechanical behaviour.The development of an algorithm taking into account contacts to model the overall behaviour of the parts was the starting point of the reflexion.Then this algorithm was implemented in the SAMCEF software through a routine coded in Fortran 77.Normal and tangential behaviour qualification tests were performed to validate the algorithm developed.A method for identifying connector parameters is proposed here, some of these parameters can be determined using an analytical approach, others need a numerical one.Finally, validations on industrial test cases were carried out to prove a substantial cpu time savings while maintaining a good level of quality.

Le traitement thermique des aciers après chauffage par induction localisé est un procédé aujourd'hui répandu, notamment dans l'industrie automobile. Ce type de procédés a fait ses preuves dans le cadre de pièces massives, mais les distorsions générées sont encore parfois insuffisamment maîtrisées lorsqu'il s'agit de tôles minces. PSA-Peugeot-Citroën s'intéresse alors à l'étude et la compréhension des phénomènes en jeu ainsi qu'à la simulation numérique de tels procédés. C'est alors dans cette démarche et dans le cadre d'un partenariat entre le Cemef et PSA, que s'inscrit ce travail appliqué au traitement thermique d'un renfort de pied central. Un procédé aussi complexe nécessite la compréhension de la thermique, de la mécanique, de la métallurgie, de l'électromagnétisme, ainsi que de leurs interactions mutuelles au chauffage comme au refroidissement. Ce travail se trouve alors au carrefour de plusieurs disciplines comme la thermomécanique et l'électromagnétisme, ainsi que les méthodes numériques et l'étude expérimentale. Il fait suite à divers travaux réalisés au laboratoire concernant la thermique ou la mécanique, ainsi qu'une thèse précédente portant sur la modélisation numérique couplée de la trempe. Il constitue également la première approche 3D des procédés de chauffage par induction et des couplages multi physiques qui en découlent. La présentation de ce travail se décompose en 3 grandes parties. Premièrement, on décrit le contexte industriel, la problématique et l'historique de l'étude du procédé, pour en arriver aux études expérimentales réalisées dans ce travail : une porte sur le procédé industriel et l'autre sur un modèle simplifié que nous avons conçu pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques qui génèrent les distorsions. Ces études expérimentales, riches en résultats, soulignent la nécessité d'un outil numérique pour aller encore plus loin dans la compréhension physique du procédé. Nous poursuivons alors sur trois chapitres présentant les modèles numériques par éléments finis, développés et utilisés dans le code de calcul pour simuler les problèmes couplés : thermique / électromagnétisme, mécanique / métallurgie et l'ensemble de la structure couplée. La troisième et dernière partie du rapport traite, d'une part, de la mise en donnée d'un cas semi-industriel ainsi que de la caractérisation des paramètres, et d'autre part, des résultats numériques obtenus et de leur comparaison avec les résultats expérimentaux. Le modèle développé permet d'estimer dans une première approche les distorsions subies par une structure mince lors de son traitement thermique localisé par induction. Le code de calcul actuel forme une base solide pour de futures évolutions permettant de simuler des problèmes industriels complexes.

Malgré des résultats prometteurs, les procédés de mise en forme à grande vitesse sont encore peu utilisés dans l'industrie du fait d'un manque de compréhension du phénomène de Bande de Cisaillement Adiabatique (BCA).<br/>Ce travail présente le développement d'outils numériques permettant la simulation adaptative et l'analyse de BCA dans des procédés 3D de mise en forme à grande vitesse. L'utilisation du modèle ALE-adaptatif séquentiel développé dans le logiciel Forge3 permet pour la première fois la simulation automatique de BCA 3D. L'étude des résultats numériques permet de proposer une description innovante du processus de formation de BCA. Les moyens de calcul requis s'avérant très importants, un nouveau code éléments finis hautement parallèle appelé Forge++ est développé. Ce dernier inclut de nouveaux algorithmes tels que le couplage thermomécanique implicite, la méthode de stabilisation RFB et un recouvrement par patch parallèle pour une meilleure simulation de BCA.

Ce travail porte sur le développement d'un outil de simulation numérique du traitement thermique des aciers. La simulation numérique d'un procédé aussi complexe nécessite la compréhension de la thermique, de la mécanique et de la métallurgie ainsi que de leurs interactions pendant tout le refroidissement. Cette étude se trouve au carrefour de plusieurs disciplines comme le numérique, la mécanique et la métallurgie. Dans le but de réaliser une étude complète, cette étude fait suite à de précédents travaux dans chacune des disciplines nommées, et a pour but de faire converger les connaissances dans ces domaines pour réaliser l'ensemble des couplages nécessaires pour une représentation réaliste du procédé. C'est tout naturellement que ce travail se décompose principalement en trois parties :<br/> Premièrement les méthodes numériques employées pour la résolution du problème thermomécanique sont décrites. Le modèle thermomécanique repose sur une loi de comportement thermo-élasto-viscoplastique additive à écrouissage isotrope et cinématique. Le modèle éléments finis est basé sur un traitement original de l'élément P1+/P1 dans le but de réduire le temps de calcul tout en conservant l'ordre d'interpolation de l'élément. Le couplage thermomécanique est un couplage alterné par incrément de type Gauss-Seidel. Ce couplage est géré par une gestion automatique du pas de temps pour assurer la convergence globale du système.<br/>Dans une deuxième étape, nous avons intégré un modèle de calcul des évolutions des cinétiques de transformation de phases au cours du refroidissement de pièces présentant un gradient de teneur en carbone.<br/>Finalement, nous avons développé les couplages métallurgie-thermomécanique, et l'ensemble de ces interactions est validé sur des géométries cylindriques. Enfin, au dernier chapitre nous présentons la confrontation modèle-expérience sur deux types d'application. Premièrement dans le cas de refroidissement naturel d'un coupon de rail, et deuxièmement sur la trempe d'un pignon automobile cémenté.<br/>La stratégie du modèle couplé permet d'envisager des simulations pour des cas industriels de la phase de refroidissement et de trempe du procédé de traitement thermique.