Ce travail de thèse porte essentiellement sur l’étude du couplage élasto-plasmonique dans des systèmes périodiques nanostructurés. Cette interaction plasmon/phonon est étudiée dans un premier temps sur un nanofil métallique inséré dans une cavité d’un cristal bidimensionnel, consistant en un réseau de trous d’air percés dans une matrice diélectrique. Le second système analysé est un cristal à résonances locales composé d'une membrane diélectrique non absorbante, sur laquelle nous avons déposé un réseau carré de nanocylindres d'or. L'intérêt d'étudier ce système résulte du fait qu'il supporte des phonons bien localisés au niveau des nanocylindres, ce qui est une condition nécessaire pour un couplage efficace avec les modes plasmoniques. Le troisième système examiné est également un cristal à résonances locales, composé d’un réseau de nanocylindres métalliques en interaction avec un film métallique par l'intermédiaire d'un film ultra-mince de silice. L’intérêt d’étudier cette dernière structure est double : d’une part, les plasmons deviennent sensibles, par leur forte localisation, à des petites déformations du film ; d’autre part, ce système supporte des phonons bien localisés ce qui permet d’obtenir une amplification locale des vibrations à partir d’une source acoustique. En fin, il s’agit d’une cavité duale pour les phonons et les plasmons. Pour les trois systèmes étudiés dans cette thèse, nous avons montré qu’une vibration mécanique peut moduler au cours de sa période acoustique, la longueur d’onde de résonance des modes plasmoniques supportés par la structure. / This thesis is focused on the elastoplasmonic coupling in periodic nanostructured systems. This interaction plasmon/phonon has been studied first for a metal nanowire inserted into a cavity of a two-dimensional crystal, consisting in a periodic array of holes in a dielectric matrix. The second investigated system is a crystal with sustaining local resonances. The crystal is formed by a square array of gold nanocylindres deposited on a non-absorbing dielectric membrane. The interest of such a system is that it can support phonon modes localized in the nanocylindre enabling thus an efficient coupling with plasmon modes. The third system is a crystal constituted by a metal nanoparticles array coupled to a metal film via an ultra thin dielectric spacer (silica). The motivation behind such a study is twofold: first, plasmon modes are sensitive to small local deformations due to their strong confinement; second such a system supports many localized phonons that can provide a local amplification of vibrations. It is then a dual cavity for phonon and plasmon modes. For the three systems studied in this thesis, we have shown that mechanical vibrations can modulate during an acoustic period the wavelength of the plasmon resonance modes supported by the structure.

Cette thèse étudie de nouvelles approches pour contrôler le coefficient de frottement dans les contacts en lubrification elastohydrodynamique (EHL) grâce à l'utilisation de surfaces texturées. Par l'expérimentation et la simulation numérique, les phénomènes gouvernants le frottement en EHL sont tout d'abord identifiés, puis l'effet de différentes surfaces texturées (cavités, rainures, ripples) sur le coefficient de frottement est mis en évidence. Les résultats indiquent que le coefficient de frottement peut être contrôlé par l'ajustement adéquat de la géométrie des textures. / This thesis focuses on finding new ways to control the friction coefficient in elastohydrodynamically lubricated (EHL) contacts through the use of surface textures. Experiments and numerical simulations are employed to first identify the governing phenomena responsible for friction in EHL and then to assess the effect of different surface textures (dimples, grooves and ripples) on the friction coefficient. The findings indicate that the coefficient can be controlled by carefully adjusting the texture geometry.

Le pisé est une technique constructive vernaculaire consistant à compacter successivement des couches de terre humide entre des coffrages. Cette technique, présente dans le monde entier, l'est en particulier en France dans la région Auvergne-Rhône-Alpes. Comme il n'existe pas de réglementation attachée à cette technique constructive, il est très difficile pour des propriétaires de réparer leur bien. Le développement de cette technique pour de nouveaux projets souffre aussi de cette absence alors qu'elle répond à certains enjeux posés par le Développement Durable. Le travail présenté ici fait partie intégrante du projet national PRIMATERRE dédié à l'étude des constructions impliquant de la terre. Une loi de comportement élasto-plastique est développée dans ce travail pour modéliser le comportement du pisé. Elle s'appuie sur une approche hiérarchisée de la modélisation en lien avec le nombre d'essais disponibles pour identifier les paramètres de modèle mais aussi en lien avec la complexité de phénomènes à prendre en compte. Ce modèle s'inspire d'un modèle pré-existant, CJS, développé en géotechnique pour modéliser le comportement mécanique des matériaux granulaires. Une adaptation s'est imposée pour prendre en compte les spécificités du comportement mécanique du pisé qui possède de nombreuses similitudes avec celui des matériaux quasi-fragiles. Deux niveaux de modélisation pour le modèle de comportement appelé CJS-RE sont présentés, pouvant être utilisés dans un contexte de sollicitation monotone. Le premier niveau CJS-RE1 est un modèle élastique parfaitement plastique alors que le second niveau CJS-RE2 est un modèle élasto-plastique à écrouissage isotrope. Deux mécanismes de déformation plastique sont présents, l'un lié aux phénomènes purement déviatoires et l'autre aux phénomènes de traction. La validation du modèle a été entreprise sur la base de la simulation d'essais en laboratoire de compression diagonale et de chargement latéral (pushover) sur des murets, issus de la littérature. Le niveau CJS-RE1 a été capable de capturer les phénomènes essentiels issus de ces deux tests et peut être utilisé comme une première approches des problèmes. Le niveau CJS-RE2 a permis de retrouver plus précisément le comportement non linéaire du pisé sur une large gamme de déformations, que ce soit dans l'essai de compression diagonale ou dans le pushover. Enfin, la prise en compte d'interfaces entre les couches dans la modélisation semble constituer une approche surdimensionnée lorsque seule la résistance d'un système constitué en pisé est recherchée. Cependant, parce qu'elles apportent une certaine ductilité au système dans la modélisation, elles peuvent être utilisées lorsque des résultats plus détaillés sont attendus. / Rammed earth is a vernacular building technique consisting in compacting successively layers of moist earth within formworks. This technique is present worldwide and in particular in the region Auvergne-Rhône-Alpes in France. As no regulation exists for rammed earth structures in France, the owners of such structures are helpless at the time when repairing damages appearing in any aging heritage structures. Moreover, this lack of regulation tends to slow down the development of such a constructive solution in new projects though this technique answers many of the issues raised by the sustainable development. The work presented herein is part of the national research project PRIMATERRE devoted to the study of construction building involving earth. Herein, an elasto-plastic constitutive law is developed for modeling the behavior of rammed earth. It is based on a hierarchical approach of the modeling in relation to the information available to identify the set of model parameters and the refinement of phenomena to be modelled. This model was adapted from a pre-existing CJS model used in advanced foundation engineering for the modelling of granular soils. The necessary adaptation of some mechanisms of the model in the context of rammed earth material which holds the characteristics of a quasi-brittle material is highlighted. Two levels for the model denoted CJS-RE which can be used in the context of monotonous loadings are presented herein. The first level is a simple elastic perfectly plastic model (CJS-RE1) and the second model is an elasto-plastic model with an isotropic hardening (CJS-RE2). Two mechanisms of plastic deformation are involved, one related to purely deviatoric phenomena and one related to tensile phenomena. The validation of the model was performed based on different sets of actual tests including diagonal compression tests and pushover tests on wallets. The simple elasto-plastic model CJS-RE1 was able to capture some basic features for these two tests and may be used for a first estimate of the system resistance. The more sophisticated model CJS-RE2 was found better to retrieve the nonlinear behavior of rammed earth over a larger range of deformations throughout both a diagonal compression test and a pushover test. Finally, the modelling of interfaces between layers of earth seems oversized when the resistance of the system is investigated. However, since they may influence the simulated ductility of the system, they may be used to model the behavior of rammed earth system more precisely.

Le parachèvement de pièces métalliques ou composites est une opération aux enjeux économiques importants pour lequel le risque de délocalisation est important. Dans ce contexte, la robotisation est une alternative permettant de conserver une production locale, les robots industriels polyarticulés ayant vu leurs prix diminuer et leurs performances améliorer. Néanmoins leur raideur intrinsèque n'est pas suffisante pour réaliser ces opérations dans les conditions minimales requises par les procédés nécessitant à la fois précision et raideur importantes du robot. Cette thèse vise à développer et valider une méthodologie de maîtrise et d'optimisation de l'exploitation de robots industriels sériels pour le parachèvement de pièces métalliques ou composites. Le premier chapitre présente les enjeux de la robotique de production ainsi que les travaux actuels. Dans le second chapitre, les sources de flexibilité des robots sériels 6-axes sont étudiées afin de développer un modèle élasto-statique adapté à la problématique. Un protocole d'identification des raideurs articulaires, exploitable industriellement, est développé puis mis en œuvre dans le troisième chapitre. Ce modèle élasto-statique est validé expérimentalement au moyen de l'usinage de pièces tests. Dans le quatrième chapitre, le comportement élasto-dynamique du robot est étudié. Enfin, deux méthodes de travail permettant de réaliser des opérations de parachèvement avec un robot industriel sériel, testées expérimentalement, sont présentées dans le dernier chapitre : (i) optimisation du placement de la pièce à usiner et gestion de la redondance cinématique du robot ; (ii) correction de la consigne de trajectoire du robot.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent le comportement élasto-dynamique des machines à structure parallèle. Nous espérons permettre une meilleure maîtrise des déformations élastiques de ces machines et ainsi contribuer au développement des architectures parallèles pour l'usinage. L'objectif est de proposer un modèle des déformations de la chaîne cinématique afin que celles-ci puissent être compensées par la commande. Ce modèle doit être précis et léger afin de ne pas pénaliser la bande passante de la CN. Pour ce faire nous proposons d'utiliser un modèle masse-ressort identifier in situ lors de grands déplacements de la machine. Pour ce faire, un système de mesure spécifique a été développé (accéléromètres + vision artificielle) et permet la mesure du déplacement des points particuliers de la chaîne cinématique avec une incertitude inférieure à 15 μm (2σ) sur 300 mm. Enfin, la méthode est appliquée à trois machines dont un prototype de machine à structure parallèle.

Les ouvrages de protection jouent un jeu de paramètres important lorsque la structure est soumise à un chargement du type dynamique rapide. Cette thèse s'intéresse au problème des impacts de missile rigides contre une dalle en béton armé. En se basant sur les résultats d'essais expérimentaux, nous avons proposé une loi de comportement élasto-plastique-endommageable où le durcissement du béton a été pris en compte. Cette dernière à été implantée dans un code élément discret, puis des essais en quasi statique ont été simulés permettant de calibrer le modèle numérique. Une fois le modèle calibré, des simulations d'essai d'impact de missile sur la structure en béton armé ont été effectuées. Les résultats sont comparables à ceux menés par CEA-EDF en termes de trajectoire du missile. Nous avons montré la nécessité de la loi de comportement complète lors de l'apparition de la compaction du béton sur une dalle épaisse. Enfin, l'étude paramétrique nous confirme que le modèle numérique porte une bonne prédictivité comparé à des lois de prédiction empiriques.

Ce travail concerne la mise en oeuvre expérimentale de la méthode des champs virtuels (MCV) pour identifier des paramètres pilotant une loi de comportement élastoplastique. La méthode a déjà été validée sur des données simulées, mais plusieurs aspects restaient à analyser pour une application expérimentale. La méthode d'identification est basée sur la minimisation d'une fonction coût traduisant l'écart à l'équilibre de la structure testée. Cette fonction coût est construite à partir du principe des travaux virtuels (pour plusieurs champs virtuels choisis arbitrairement), des champs cinématiques mesurés à la surface de l'éprouvette et de la force de traction appliquée. Dans un premier temps, un essai de traction sur une éprouvette plane à section variable, conduisant à un état de contrainte quasiment uniaxial, a été mis en place. Cette essai a conduit à l'identification des six paramètres d'une loi élastoplastique isotrope. Les valeurs des paramètres identifiés coïncident avec les valeurs de référence identifiées lors d'essais de traction classiques. La stabilité de l'identification vis à vis des paramètres influant a été examinée. Dans un deuxième temps, des essais mécaniques générant des champs de contraintes multiaxiales ont été conduit sur des éprouvettes planes à entailles circulaires. Les paramètres identifiés à partir de ces essais se sont révélés d'avantage éloignés des valeurs de référence. Plusieurs hypothèses ont été évoquées pour expliquer ces écarts, comme une construction non optimale de la fonction coût ou des erreurs lors du choix du modèle décrivant le comportement du matériau.

L'allègement de la masse des structures est au cœur des développements des industries du transport. Pour y parvenir, les pièces intègrent de plus en plus de fonctions, leurs géométries deviennent alors très complexes. Pour réaliser ces produits, les industriels ont recours à des stratégies d'optimisation utilisant des méta-modèles numériques prenant en compte l'enchaînement des étapes de conception et de fabrication des pièces. Cependant les temps de simulation sont encore très élevés. Ces travaux se sont intéressés à l'amélioration des protocoles de simulation numérique de procédés de mise en forme d'emboutis profonds. Dans un premier temps, ils ont permis de développer des méthodes numériques pour diminuer les temps de simulation du procédé de formage incrémental. Un schéma de résolution en dynamique explicite est utilisé avec une vitesse de l'outil adaptée. Cette méthode à permis de réduire significativement le temps CPU, tout en conservant une bonne prédiction des géométries et des épaisseurs. Les travaux se sont également intéressés à l'utilisation de la théorie de la déformation incrémentale pour diminuer le temps de résolution du calcul élasto-plastique. De bons résultats sont observés mais le gain de temps est faible (4.5%). Une approche simplifiée du contact a également été développée. De bons résultats sont obtenus avec un gain de temps d'un facteur 2.13 en comparaison de celui obtenu avec une vitesse adaptée. Dans un deuxième temps, une étude sur la réalisation d'emboutis profonds par formage superplastique a été menée de manière à pouvoir à terme enchaîner les deux procédés. Elle a porté sur la détermination d'une loi de pression optimale. Deux algorithmes ont été développés en fonction du protocole pour entrer la loi de pression dans les machines industrielles. Les algorithmes développés permettent un bon contrôle du domaine superplastique. Un temps de calcul réduit d'un facteur 3 est observé, en comparaison avec des méthodes issues de la littérature.

Les travaux de recherche, menés depuis une quinzaine d'années, portent sur les développements de modèles mécaniques et numériques permettant de décrire le comportement local et global de pièces complexes constituées d'élastomères. Parmi les développements accomplis durant ces dernières années, citons les plus significatifs: -Modélisation numérique du comportement hyperélastique incompressible et réalisation d'une bibliothèque d'éléments finis. - Mise en oeuvre et validation d'une technique de réduction de modèles à travers la mise à profit des symétries géométriques pour la résolution des problèmes linéaires ou non-linéaires (Eléments finis pseudo-axisymétriques, Eléménts de réduction 3D/2D...) - Modélisation du couplage thermo-viscoélastique en grandes transformations des structures élastomères. - Elaboration de modèles hyper-visco-plastiques, microphysiquement motivés, dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. - Développement d'algorithmes d'identification de paramètres des modèles et établissement d'une méthodologie de caractérisation pour les comportements à différentes températures et sous sollicitations dynamiques multifréquences.

On étudie la dynamique d'un film mince d'un fluide non-newtonien s'écoulant sur un plan incliné sous l'action de la gravité en tenant compte des effets d'une rhéologie complexe sur la dynamique des ondes de surface. Au chapitre 3, les propriétés des ondes solitaires, qui organisent la dynamique désordonnée d'un film Newtonien, sont considérées. Des simulations numériques directes (DNSs) d'ondes solitaires ont été effectués et comparés aux résultats d'un modèle à quatre équations formulé dans [112]. Au chapitre 5, l'évolution d'un film de fluide en loi de puissance film est modélisée au moyen de l'approche aux résidus pondérés. Les comparaisons avec l'analyse de stabilité d'Orr-Sommerfeld et de la DNS est en bon accord dans les régimes linéaires et non linéaires. Un film de fluide viscoplastique est modélisé par la loi Herschel et Bulkley est étudié au chapitre 6. L'élasticité du pseudo-bouchon à l'interface est pris en compte par une relation constitutive élastovisco-plastique proposée par Saramito [121]. Un modèle est formulé en termes de quatre équations pour l'épaisseur du film, le débit local et les amplitudes des contraintes normales et tangentielles. Une analyse de stabilité linéaire donne des valeurs du nombre de Reynolds critique en bon accord avec l'analyse d'Orr-Sommerfeld.