Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet de recherche européen MAAXIMUS (More Affordable Aircraft through eXtended, Integrated and Mature nUmerical Sizing) et portent sur la simulation numérique de problèmes d'assemblages de composants en matériaux composites stratifiés. Ces assemblages sont sources de deux types de non-linéarités. D'une part, l'interface entre les pièce conduit au traitement de non-linéarités fortes (contact, frottement). D'autre part, dans les composants de l'assemblage, le comportement du matériau stratifié est complexe, du fait des nombreux phénomènes de dégradations interagissant entre eux. Ces deux aspects ont une influence forte sur la réponse globale de l'assemblage, ce qui implique la résolution de systèmes de très grandes tailles, nécessitant généralement l'utilisation de moyens de calcul parallèles.Le couplage entre ces deux problématiques nécessite donc l'utilisation d'algorithmes de calcul parallèle dédiés et robustes, à même de traiter de nombreuses non-linéarités très fortes. Pour cela, la méthode LATIN (pour LArge Time INcrement) présente de nombreux avantages, déjà mis en évidence dans le cas de calcul d'assemblages de pièces élastiques lors de travaux précédents. Le but de ces travaux est donc d'élargir le cadre de la méthode au cas des pièces au comportement endommageable et anélastique.Un dernier aspect, qui sera abordé au sein de ces travaux, traite des fortes variabilités des coefficients intervenant dans les lois non-linéaires. Par conséquent, il est nécessaire de pouvoir traiter un très grand nombre de problèmes affectés de valeurs de coefficients différents. Pour cela, la stratégie multiparamétrique, intimement liée à la méthode LATIN, doit être étendue au cas de comportements matériau non-linéaires. Elle sera alors appliquée au travers de plusieurs paramètres variables : coefficients de frottement, précharges des éléments de fixation, seuil d'endommagement des matériaux... / The presented work, within the framework of the European research project MAAXIMUS (More Affordable Aircraft through eXtended, Integrated and Mature nUmerical Sizing), is dedicated to the numerical simulation of assemblies with components made of laminated composites. These assemblies involve two types of high non-linearities. First ones are linked to the interfaces between parts (unilateral contact and friction). Second ones are linked to the constitutive material behaviour, from its initial properties to the complex evolution of degradations. These two non-linearities have a strong influence on the response of the assembly, which involves solving systems with a high number of degrees of freedom and generally requires the use of parallel computing resources.The coupling between the two sources of non-linearities requires dedicated and robust algorithms, able to run on parallel architectures and to deal with many very strong non-linearities. The efficiency of the LATIN method (LArge Time INcrement) has already been highlighted in the case of assemblies with elastic components. A first aim of this work is thus to extend the method to the case of damageable and anelastic components' behaviour.A second aim is to deal with the variability of the coefficients involved in the non-linear laws. Each set of parameters (friction coefficients, preload of fasteners, damage threshold of material laws...) requiring a given calculation, the multiparametric strategy of the LATIN method must be extended to the case of non-linear materials in order to efficiently reduce the computation time.

En France, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie parmi les secteurs économique, avec 43% de l'énergie finale totale et 25% des émissions de CO2. Il s'avère donc nécessaire de réduire l'impact environnemental de ce secteur en promouvant la construction des bâtiments neufs et la rénovation thermique des bâtiments existants, selon les critères des bâtiments à basse consommation d'énergie.<br /><br />L'objectif de ce travail est de développer une méthodologie pour réaliser des études de conception de bâtiments à basse consommation d'énergie. La méthodologie consiste à déterminer des modèles polynômiaux pour l'évaluation des performances énergétique et du confort thermique d'été des bâtiments, à l'aide de la méthode des plans d'expériences et des outils de simulation numérique. Ces modèles polynômiaux permettent de simplifier les études paramétriques, en apportant une réponse alternative aux outils de simulations numériques pour la recherche de solutions afin de concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie. La méthodologie est appliquée sur un bâtiment tertiaire à savoir un immeuble de bureaux.<br /><br />Dans le premier chapitre, nous présentons l'état de l'art des bâtiments à basse consommation d'énergie et à énergie positive, dans le but de dresser un bilan de connaissances sur le contexte énergétique français, sur les labels mis en place en France et à l'étranger, sur les projets réalisés et sur les techniques utilisées pour concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie.<br /><br />Ensuite, nous nous focalisons dans le second chapitre, sur le développement de modèles numérique nécessaires à l'élaboration de la méthodologie. Les modèles sont développés dans l'environnement MATLAB/SIMULINK et intégrés dans la bibliothèque SIMBAD, dédiée à la simulation numérique en thermique du bâtiment afin de participer à son développement. De plus, nous présentons des études d'évaluation énergétiques de systèmes spécifiques aux bâtiments à basse consommation d'énergie qui illustrent l'utilisation des modèles numériques développés.<br /><br />Un cas d'étude est défini dans le troisième chapitre ainsi que les contextes climatiques à considérer, les principes de base de la méthode des plans d'expériences et un exemple de son application. Le cas d'étude considéré est un immeuble de bureaux, nommé Beethoven, dont les caractéristiques de base seront choisies selon les exigences de la réglementation thermique. Ces caractéristiques constituent la configuration de référence qui est améliorée en suivant la méthodologie développée. L'analyse des huit zones climatiques définies par la réglementation thermique et l'évaluation des performances énergétiques du bâtiment pour la configuration de référence par rapport à ces climats, permettent de sélectionner trois climats représentatifs pour la suite du travail. Enfin, un exemple d'application de la méthode des plans d'expériences pour une optimisation énergétique de la configuration de référence permet de justifier le choix de cette méthode.<br /><br />Le début du quatrième chapitre est consacré au développement des modèles polynômiaux pour l'évaluation des performances énergétique et du confort thermique d'été du bâtiment Beethoven. Nous débutons ce chapitre par une évaluation des limites de la méthode des plans d'expériences pour déterminer ces modèles polynômiaux. Il en découle une méthodologie générale d'application de la méthode des plans d'expériences afin de développer des modèles polynômiaux pour réaliser des études de conception de bâtiment à basse consommation d'énergie. Ensuite, nous effectuons, à l'aide de ces modèles, une étude de sensibilité pour le bâtiment Beethoven et une analyse de solutions pour concevoir un bâtiment à basse consommation d'énergie selon divers critères énergétiques.<br /><br />Dans le dernier chapitre, nous présentons un exemple d'application des modèles polynômiaux développés pour identifier des solutions pour la conception de l'enveloppe et des systèmes du bâtiment Beethoven, afin d'obtenir un bâtiment à basse consommation d'énergie, selon les critères du label Français Effinergie et du label Allemand Passivhaus. Les configurations basse consommation d'énergie obtenues sont comparées par rapport à la configuration de référence en termes de performances énergétiques, de confort thermique d'été et d'émissions CO2.<br /><br />La méthodologie que nous proposons permet d'identifier, de manière simple et rapide, des solutions pour concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie. Les solutions sont sélectionnées à l'aide d'abaques définis avec les modèles polynomiaux développés. Le niveau de précision constaté par rapport à la simulation numérique est appréciable. Le choix des solutions est effectué parmi des millions de configurations de facteurs, déterminées à l'aide des modèles polynômiaux. La détermination de toutes ces configurations serait difficile voire impossible à réaliser directement à l'aide de la simulation numérique, sans avoir recours à des modèles polynomiaux, d'où l'avantage d'une telle méthodologie.<br /><br />Enfin, cette méthodologie constitue une base robuste pour le développement d'outils d'aide à la décision, destinés aux différents acteurs du secteur du bâtiment pour la conception des bâtiments neufs et la rénovation thermique des bâtiments existants, selon les critères des bâtiments à basse consommation d'énergie.

En France, un tiers des personnes tuées sur la route le sont lors d'un accident sur un obstaclefixe. Dans 90% des cas, ces accidents surviennent après une perte de contrôle du véhicule.Les dispositifs de retenue de véhicule ont pour but de maintenir les véhicules en perdition surla chaussée en limitant la sévérité de l'impact.Ces dispositifs doivent subir des essais de chocs normatifs afin de pouvoir être installés sur lebord des routes européennes et d'évaluer leurs performances en termes de sévérité et dedéflexion.Les tolérances existantes sur les paramètres d'essai (véhicule, masse du véhicule, vitesse,angle et point d'impact ...) et les incertitudes sur les caractéristiques mécaniques desmatériaux constituant le dispositif ont un effet sur les performances de ce dispositifs etdoivent être prises en compte lors des calculsLes dispositifs mixtes (acier-bois) présentent une difficulté supplémentaire en raison del'hétérogénéité du matériau et de sa sensibilité aux variables d'environnement telles que latempérature et l'humidité.Afin de prendre en compte cette variabilité et d'évaluer son impact sur les performances d'undispositif, des essais dynamiques sur des échantillons de structure ont été réalisés et modélisésnumériquement.Enfin, un modèle complet d'un dispositif de retenue de véhicule a été effectué et corrélé surun essai de choc réel à l'aide d'une méthode prenant en compte la variation de paramètresphysiques liés à l'apparition des modes de ruine de la structure. Une fois corrélé, le modèle aété utilisé afin d'évaluer l'incidence de la modification des caractéristiques mécaniques dubois liée aux variations des conditions environnementales.

Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet de recherche européen MAAXIMUS (More Affordable Aircraft through eXtended, Integrated and Mature nUmerical Sizing) et portent sur la simulation numérique de problèmes d'assemblages de composants en matériaux composites stratifiés. Ces assemblages sont sources de deux types de non-linéarités. D'une part, l'interface entre les pièce conduit au traitement de non-linéarités fortes (contact, frottement). D'autre part, dans les composants de l'assemblage, le comportement du matériau stratifié est complexe, du fait des nombreux phénomènes de dégradations interagissant entre eux. Ces deux aspects ont une influence forte sur la réponse globale de l'assemblage, ce qui implique la résolution de systèmes de très grandes tailles, nécessitant généralement l'utilisation de moyens de calcul parallèles.Le couplage entre ces deux problématiques nécessite donc l'utilisation d'algorithmes de calcul parallèle dédiés et robustes, à même de traiter de nombreuses non-linéarités très fortes. Pour cela, la méthode LATIN (pour LArge Time INcrement) présente de nombreux avantages, déjà mis en évidence dans le cas de calcul d'assemblages de pièces élastiques lors de travaux précédents. Le but de ces travaux est donc d'élargir le cadre de la méthode au cas des pièces au comportement endommageable et anélastique.Un dernier aspect, qui sera abordé au sein de ces travaux, traite des fortes variabilités des coefficients intervenant dans les lois non-linéaires. Par conséquent, il est nécessaire de pouvoir traiter un très grand nombre de problèmes affectés de valeurs de coefficients différents. Pour cela, la stratégie multiparamétrique, intimement liée à la méthode LATIN, doit être étendue au cas de comportements matériau non-linéaires. Elle sera alors appliquée au travers de plusieurs paramètres variables : coefficients de frottement, précharges des éléments de fixation, seuil d'endommagement des matériaux...

En France, un tiers des personnes tuées sur la route le sont lors d’un accident sur un obstaclefixe. Dans 90% des cas, ces accidents surviennent après une perte de contrôle du véhicule.Les dispositifs de retenue de véhicule ont pour but de maintenir les véhicules en perdition surla chaussée en limitant la sévérité de l’impact.Ces dispositifs doivent subir des essais de chocs normatifs afin de pouvoir être installés sur lebord des routes européennes et d’évaluer leurs performances en termes de sévérité et dedéflexion.Les tolérances existantes sur les paramètres d’essai (véhicule, masse du véhicule, vitesse,angle et point d’impact …) et les incertitudes sur les caractéristiques mécaniques desmatériaux constituant le dispositif ont un effet sur les performances de ce dispositifs etdoivent être prises en compte lors des calculsLes dispositifs mixtes (acier-bois) présentent une difficulté supplémentaire en raison del’hétérogénéité du matériau et de sa sensibilité aux variables d’environnement telles que latempérature et l’humidité.Afin de prendre en compte cette variabilité et d’évaluer son impact sur les performances d’undispositif, des essais dynamiques sur des échantillons de structure ont été réalisés et modélisésnumériquement.Enfin, un modèle complet d’un dispositif de retenue de véhicule a été effectué et corrélé surun essai de choc réel à l’aide d’une méthode prenant en compte la variation de paramètresphysiques liés à l’apparition des modes de ruine de la structure. Une fois corrélé, le modèle aété utilisé afin d’évaluer l’incidence de la modification des caractéristiques mécaniques dubois liée aux variations des conditions environnementales. / In France, one third of the people dying on the roads are killed after impacting against ahazard. In 90% of the reported cases, these accidents result from loss of control. VehicleRestraint Systems (VRS) are specially designed to restrain an errant vehicle and to limitimpact severity.Before being installed on the roadsides, these devices have to be crash-tested according tostandards in order to evaluate their safety and deflexion performances.Tolerances exist on impact parameters (vehicle, vehicle mass, impact speed, impact angle,impact point …) and material’s mechanical characteristic uncertainties have an effect towardsdevice performances and have to be taken into account during numerical simulations.Steel-wood structures present an additional numerical challenge due to wood heterogeneityand its sensibility to environment variables such as temperature and moisture content.In order to assess the effect of this variability toward safety performances, three point bendingdynamic experiments on structural samples are performed and modelled.Finally, a complete model of a vehicle restraint system is built and validated according to realcrash test results thanks to a parametric method. This method takes into account the variabilityof the parameters associated to the failure modes of the structure. Once validated the model isused to assess the effect of wood mechanical properties modifications due to environmentvariable variations.

Les instabilités de versants sont en partie responsables de l'apparition de désordres ou de la réactivation de désordres antérieurs dans les structures de tunnels anciens de faible profondeur. Il est cependant nécessaire de bien comprendre ce qui résulte de ces contextes d'interaction et ce qui peut être dû au seul vieillissement rhéologique de ces structures anciennes. Les rétro-analyses réalisées ont conduit ainsi à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel entrant perpendiculairement dans le versant (tête de tunnel), tunnel oblique par rapport au versant, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de ces ouvrages varient en fonction de ces situations. Dans cette thèse, différents mécanismes d'instabilités responsables de dommages récurrents ont été étudiés dans le cas d'un tunnel longeant un versant. Pour cela, une partie de la recherche s'est intéressée aux facteurs d'influence à travers une série d'approches numériques paramétriques. Certaines sont relatives à l'altitude du tunnel dans le versant et à sa distance par rapport à la surface libre du versant. Puis sont mis en évidence des facteurs d'influence relatifs aux caractéristiques géomorphologiques du versant et à son évolution naturelle ainsi que des facteurs relatifs à la méthode de construction de l'ouvrage. Dans une seconde partie, des rétro-analyses d'étude de cas ont permis de caractériser différents contextes d'interactions et les pathologies des tunnels anciens concernés. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'illustrer le comportement de ces ouvrages et d'expliquer les pathologies identifiées. Enfin dans une troisième partie, une méthodologie d'analyse des différents contextes d'interaction entre tunnels anciens et versants instables a été établie, conduisant à redéfinir le concept de zone d'influence géotechnique dans ce type de situation. / Tunnels and unstable slopesABSTRACT: The slope instabilities are partly responsible for the appearance of disorders or reactivation of previous disorders in old shallow tunnel structures. However, it is necessary to understand what results from these interaction contexts and what is due solely to rheological aging of these old structures. Retro-analyzes have led to the consideration of different situations of tunnels entering a hillslope: tunnel entering a slope (tunnel head), tunnel oblique to the slope or shallow tunnel parallel to the slope. Identified pathologies of structures vary depending on these situations. In this thesis, different mechanisms responsible for damage to structures were studied in the case of a shallow tunnel parallel to a slope. For this, a part of the research has focused on the influence factors through a series of parametric numerical approaches. Some are related to the elevation of the tunnel in the slope and its distance from the free surface of the slope. Then are highlighted influencing factors related to geomorphological characteristics of the hillslope and its natural evolution as well as factors related to the construction method of the tunnel. In the second part, case study back-analyzes have characterized different contexts of interaction and pathologies of old tunnels concerned. Numerical simulations were performed to illustrate the behaviour of these structures and explain tunnel lining damages. Finally in the third part, a methodology for analyzing different contexts of interaction between old tunnels and unstable slopes has been established, leading to redefine the concept of geotechnical influenced zone in this situation.