La détermination des marges de sécurité des structures de Génie Civil potentiellement sujettes à un risque sismique important nécessite l'amélioration des capacités prédictives des codes de calcul actuellement utilisés. Les phénomènes d'amortissement restent à ce jour l'une des principales sources d'incertitudes, aussi bien au niveau de la structure que des matériaux constitutifs. Pourtant, la résistance de cette dernière à un séisme est fortement conditionnée par sa capacité à stocker et à dissiper l'énergie mécanique introduite par le mouvement du sol. De meilleures modélisations et estimations de ces effets sont donc indispensables à l’évaluation du risque sismique. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet RSNR SINAPS@ dont l'objectif principal est le développement d'outils de modélisation permettant d'apprécier les effets des séismes, de la rupture de la faille jusqu'au comportement vibratoire des structures et équipements. / Assessment of safety margins related to a seismic risk in Civil Engineering requires the improvement of the predictive methods usually performed. The damping phenomena still remain a major source of uncertainty both at the structure and the constitutive material levels. However, the resistance of the said structure to an earthquake is strongly conditioned by its ability to store and to dissipate the energy introduced by the ground motion. Better modeling and evaluation of these effects are therefore essential for the seismic risk assessment. This thesis takes place in the framework of the RSNR SINAPS@ project whose main objective is the improvement of modeling tools allowing to appreciate the effects of an earthquake from the rupture of the fault to the vibratory behavior of the structures and amenities.

L’intégration de plusieurs capteurs inertiels au sein d’un même dispositif de type MEMS afin de pouvoir estimer plusieurs degrés de liberté devient un enjeu important pour le marché de l’électronique grand public à cause de l’augmentation et de la popularité croissante des applications embarquées. Aujourd’hui, les efforts d'intégration se concentrent autour de la réduction de la taille, du coût et de la puissance consommée. Dans ce contexte, la co-intégration d’un accéléromètre trois-axes avec un gyromètre trois-axes est cohérente avec la quête conjointe de ces trois objectifs. Toutefois, cette co-intégration doit s’opérer dans une même cavité basse pression afin de préserver un facteur de qualité élevé nécessaire au bon fonctionnement du gyromètre. Dans cette optique, un nouveau système de contrôle, qui utilise le principe de l’amortissement électrostatique, a été conçu pour permettre l’utilisation d’un accéléromètre sous amorti naturellement. Le principe utilisé pour contrôler l’accéléromètre est d’appliquer dans la contre-réaction une force électrostatique générée à partir de l’estimation de la vitesse du MEMS. Cette technique permet d’augmenter le facteur d’amortissement et de diminuer le temps d’établissement de l’accéléromètre. L’architecture proposée met en oeuvre une méthode novatrice pour détecter et contrôler le mouvement d’un accéléromètre capacitif en technologie MEMS selon trois degrés de liberté : x, y et z. L'accélération externe appliquée au capteur peut être lue en utilisant la variation de capacité qui apparaît lorsque la masse se déplace. Lors de la phase de mesure, quand une tension est appliquée sur les électrodes du MEMS, une variation de charge est appliquée à l’entrée de l’amplificateur de charge (Charge-to-Voltage : C2V). La particularité de cette architecture est que le C2V est partagé entre les trois axes, ce qui permet une réduction de surface et de puissance consommée. Cependant, étant donné que le circuit ainsi que l’électrode mobile (commune aux trois axes du MEMS) sont partagés, on ne peut mesurer qu’un seul axe à lafois. Ainsi, pendant la phase d'amortissement, une tension de commande, calculée pendant les phases de mesure précédentes, est appliquée sur les électrodes d'excitation du MEMS. Cette tension de commande représente la différence entre deux échantillons successifs de la tension de sortie du C2V et elle est mémorisée et appliquée trois fois sur les électrodes d’excitation pendantla même période d’échantillonnage. Afin d’étudier la faisabilité de cette technique, des modèles mathématiques, Matlab-Simulink et VerilogA ont été développés. Le principe de fonctionnement basé sur l’amortissement électrostatique simultané a été validé grâce à ces modèles. Deux approches consécutives ont été considérées pour valider expérimentalement cette nouvelle technique : dans un premier temps l’implémentation du circuit en éléments discrets associé à un accéléromètre sous vide est présentée. En perspective, un accéléromètre sera intégré dans la même cavité qu’un gyromètre, les capteurs étant instrumentés à l’aide de circuits CMOS intégrés. Dans cette cadre, la conception en technologie CMOS 0.18μm de l’interface analogique d’amortissement est présentée et validée par simulation dans le manuscrit. / Recently, consumer electronics industry has known a spectacular growth that would have not been possible without pushing the integration barrier further and further. Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) inertial sensors (e.g. accelerometers, gyroscopes) provide high performance, low power, low die cost solutions and are, nowadays, embedded in most consumer applications. In addition, the sensors fusion has become a new trend and combo sensors are gaining growing popularity since the co-integration of a three-axis MEMS accelerometer and a three-axis MEMS gyroscope provides complete navigation information. The resulting device is an Inertial measurement unit (IMU) able to sense multiple Degrees of Freedom (DoF). Nevertheless, the performances of the accelerometers and the gyroscopes are conditioned by the MEMS cavity pressure: the accelerometer is usually a damped system functioning under an atmospheric pressure while the gyroscope is a highly resonant system. Thus, to conceive a combo sensor, aunique low cavity pressure is required. The integration of both transducers within the same low pressure cavity necessitates a method to control and reduce the ringing phenomena by increasing the damping factor of the MEMS accelerometer. Consequently, the aim of the thesis is the design of an analog front-end interface able to sense and control an underdamped three-axis MEMSaccelerometer. This work proposes a novel closed-loop accelerometer interface achieving low power consumption The design challenge consists in finding a trade-off between the sampling frequency, the settling time and the circuit complexity since the sensor excitation plates are multiplexed between the measurement and the damping phases. In this context, a patenteddamping sequence (simultaneous damping) has been conceived to improve the damping efficiency over the state of the art approach performances (successive damping). To investigate the feasibility of the novel electrostatic damping control architecture, several mathematical models have been developed and the settling time method is used to assess the damping efficiency. Moreover, a new method that uses the multirate signal processing theory and allows the system stability study has been developed. This very method is used to conclude on the loop stability for a certain sampling frequency and loop gain value. Next, a 0.18μm CMOS implementation of the entire accelerometer signal chain is designed and validated.

Cette thèse s'inscrit dans la continuation du travail de Younes Achkire, consacré au contrôle actif des ponts haubanés. Elle traite de l'implémentation d'un système de contrôle actif sur des maquettes de structures câblées. Deux types de structures sont étudiés expérimentalement: les ponts haubanés et les treillis spatiaux. Après une brève introduction sur l'usage du contrôle actif dans ces domaines, le chapitre 2 traite numériquement des mécanismes d'interaction entre le câble et la structure. Au chapitre 3, nous présentons la stratégie de contrôle que nous utilisons pour stabiliser une structure câblée: il s'agit d'un contrôle décentralisé, basé sur des paires capteur/actionneur colocalisées, placées au niveau des ancrages des câbles, chacune équipée d'un contrôleur Intégral Force Feedback. Nous présentons une théorie linéaire simplifiée permettant de dimensionner le système et de prévoir son efficacité. Elle est illustrée sur un exemple, et nous discutons de la validité de certaines hypothèses simplificatrices. Le chapitre 4 est consacré au contrôle actif des ponts haubanés. Nous y présentons 2 maquettes. La première, de petite taille (3m) représente un pylône de pont haubané en construction. Elle est équipée d'actionneurs piézoélectriques. La seconde, installée au Centre Commun de Recherche d'Ispra (Italie), mesure 30m de long, et est équipée d'actionneurs hydrauliques. Les expériences réalisées sur ces maquettes ont démontré l'efficacité du contrôle et la fiabilité de la théorie prédictive. Le contrôle du flottement des ponts est traité sur un exemple numérique. Le chapitre 5 relate nos expériences d'amortissement actif des treillis spatiaux. Deux structures ont été étudiées: une colonne en treillis équipée de 3 câbles actifs, et une structure triédrique suspendue à des cordons élastiques pour simuler l'absence de gravité, également munie de câbles actifs. Deux concepts d'actionneur piézoélectrique ont été testés. Nous avons ensuite examiné le problème de la saturation des actionneurs, et celui du contrôle actif des microvibrations (~10nm) d'une structure câblée. Le chapitre 6 conclut ce travail, en souligne les aspects originaux et donne quelques perspectives de développement. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse s'inscrit dans la continuation du travail de Younes Achkire, consacré au contrôle actif des ponts haubanés. Elle traite de l'implémentation d'un système de contrôle actif sur des maquettes de structures câblées. Deux types de structures sont étudiés expérimentalement: les ponts haubanés et les treillis spatiaux. Après une brève introduction sur l'usage du contrôle actif dans ces domaines, le chapitre 2 traite numériquement des mécanismes d'interaction entre le câble et la structure. Au chapitre 3, nous présentons la stratégie de contrôle que nous utilisons pour stabiliser une structure câblée: il s'agit d'un contrôle décentralisé, basé sur des paires capteur/actionneur colocalisées, placées au niveau des ancrages des câbles, chacune équipée d'un contrôleur Intégral Force Feedback. Nous présentons une théorie linéaire simplifiée permettant de dimensionner le système et de prévoir son efficacité. Elle est illustrée sur un exemple, et nous discutons de la validité de certaines hypothèses simplificatrices. Le chapitre 4 est consacré au contrôle actif des ponts haubanés. Nous y présentons 2 maquettes. La première, de petite taille (3m) représente un pylône de pont haubané en construction. Elle est équipée d'actionneurs piézoélectriques. La seconde, installée au Centre Commun de Recherche d'Ispra (Italie), mesure 30m de long, et est équipée d'actionneurs hydrauliques. Les expériences réalisées sur ces maquettes ont démontré l'efficacité du contrôle et la fiabilité de la théorie prédictive. Le contrôle du flottement des ponts est traité sur un exemple numérique. Le chapitre 5 relate nos expériences d'amortissement actif des treillis spatiaux. Deux structures ont été étudiées: une colonne en treillis équipée de 3 câbles actifs, et une structure triédrique suspendue à des cordons élastiques pour simuler l'absence de gravité, également munie de câbles actifs. Deux concepts d'actionneur piézoélectrique ont été testés. Nous avons ensuite examiné le problème de la saturation des actionneurs, et celui du contrôle actif des microvibrations (~10nm) d'une structure câblée. Le chapitre 6 conclut ce travail, en souligne les aspects originaux et donne quelques perspectives de développement.

Cette thèse porte sur l'étude de l'amortissement des structures assemblées, et plus précisément de la contribution des assemblages sous sollicitations vibratoires. Le mémoire est composé de cinq chapitres traitant la problématique tant du point de vue analytique qu'expérimental. Un banc d'étude académique est proposé afin d'étudier des assemblages sous sollicitation normale constante (statique) et sous sollicitations tangentielles liées aux vibrations de la structure (dynamique). Le facteur de perte caractérisant l'amortissement de la structure est obtenu, dans un premier temps par une étude locale quasi-statique. Puis une fonction de dissipation est définie, permettant d'affiner la modélisation de l'amortissement par une étude dynamique globale. Au regard des résultats obtenus par la modélisation, une analyse expérimentale est menée. Cela afin d'isoler la contribution, à l'amortissement de la structure, des glissements partiels dans les assemblages. Pour cela, deux structures géométriquement identiques, l'une monolithique et l'autre assemblée sont étudiées. Les effets des interfaces sont analysés puis comparés aux résultats analytiques. Afin de simuler plus précisément ces effets, une modélisation prenant en compte les défauts de forme des surfaces en contact est menée / This thesis presents a study of damping in assembled structures, or, more precisely, a study of the vibrations of assemblies under external excitations. The paper contains five chapters examining this problem from both analytical and experimental viewpoints. An academic investigation is presented as a foundation in order to study assemblies both under constant normal stresses (static), and under tangential stresses linked to the structural vibrations (dynamic). The loss factor that characterizes the damping of the structure is obtained through a quasi-static local study. Then, a dissipation function is given, which allows the refinement of the damping model through a global dynamic study. An experimental analysis is undertaken to examine the results obtained by the modeling. The objective of this analysis is to isolate the effects, at the structural damping, of partial sliding in the assemblies. To isolate these effects, two structures identical in shape and material, one assembled and one uniform, are studied. The data collected from the interfaces are analyzed, and then compared to the analytical results. In order to simulate these effects with greater precision, a modeling is undertaken that takes into account the defects of form for the surfaces in contact

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration d'un matériau composite à matrice thermodurcissable incorporant des renforts nanométriques et/ou une phase élastomère, permettant d'améliorersa rigidité, son amortissement et sa résilience. Pour cela, nous avons réalisé des formulations baséessur des matrices époxyvinylester, renforcées ou non par une phase élastomère et chargées de montmorillonite ou de sépiolite. Nous avons étudié leurs propriétés visco-élastiques par analyse modaleexpérimentale et leurs propriétés à l'impact par des essais d'impact par chute de masse. Nous avonsdéterminé la microstructure des composites fabriqués en nous appuyant sur la diffraction des rayonsX et des observations en microscopie électronique. Des modèles d'homogénéisation, fondés sur lemodèle de H ALPIN -T SAI et adaptés aux matériaux composites étudiés, ont été développés afin dedisposer d'un outil permettant de relier explicitement la rigidité des composites à leur morphologie.Une analyse paramétrique approfondie a permis de déterminer les caractères morphologiques lesplus influents et d'évaluer la performance des procédés de mise en œuvre au regard des renforcements mécaniques obtenus. Expérimentalement, l'incorporation de montmorillonite ou de sépiolite a conduit à une augmentation significative du module élastique et la présence d'une phase élastomère dans la résine a permis de doubler l'amortissement et d'augmenter la résilience. Finalement, les formulations les plus performantes ont été retenues pour la fabrication de composites renforcés de fibres de verre. L'amélioration des propriétés mécaniques se retrouve, dans une moindre mesure, dans lesprototypes réalisés. La pertinence de l'utilisation de ces matériaux à l'échelle industrielle a été évaluée. / This thesis focuses on the development of a thermosetting matrix composite incorporating nanoscale reinforcements and/or an elatomeric phase to improve its stiffness, damping and resilience.To do so, we made formulations based on epoxy vinyl ester matrices, filled or not by an elastomeric phase, and reinforced with montmorillonite or sepiolite. Their viscoelastic properties were studied usingexperimental modal analysis and their impact properties were investigated using drop weight impacttesting. The microstructure of these composites was examined using X-ray diffraction and electronmicroscopy observations.Homogenization models based on H ALPIN -T SAI model and adapted to the studied composites were developed to provide a tool able to explicitly link the stiffness of the material to its morphology.A detailed parametric analysis allowed to determine the most influential morphological characteristics and to assess the efficiency of the process regarding the mechanical stiffening obtained.Experimentally, the incorporation of montmorillonite or sepiolite led to a significant increase in the elastic modulus and, with the presence of an elastomeric phase in the resin, the damping was doubled and the resilience was increased.Finally, the most efficient formulations were used to manufacture glass fibers reinforced composites.The improvement in mechanical properties was found, to a lesser extent, for the manufactured prototypes.The relevance of the use of these materials on an industrial scale was evaluated.

Le bruit de fond est une vibration mécanique de faible amplitude générée par l'activité naturelle et humaine. Cette vibration, en sollicitant les structures de génie civil, permet d'étudier leur comportement dynamique.<br />L'objectif de ce travail de thèse a été de comparer les caractéristiques dynamiques issues de mesures de bruit de fond à des caractéristiques issues de sollicitations de plus fortes amplitudes (e.g. séismes). Cette étude nous a permis de valider la pertinence de cette méthode. Nous avons montré en particulier que les résultats sous bruit de fond peuvent être extrapolés aux résultats sous séismes.<br />Cette méthode a ensuite été appliquée pour tenter d'identifier l'endommagement de structures ayant subi des séismes. Après une première application en laboratoire sur des éléments de structure (poteaux, poutres) subissant un endommagement contrôlé, nous l'avons appliquée à des bâtiments endommagés par le séisme de Boumerdes en Algérie (21/05/2003, Mw 6.8).<br />Enfin, des bâtiments grenoblois et niçois ont été testés par cette méthode. La corrélation de deux paramètres dynamiques essentiels (fréquence et amortissement) a été étudiée pour connaître l'origine de l'amortissement mesuré par cette méthode.<br />Ces résultats montrent que cette méthode est efficace et applicable aux structures de génie civil pour la caractérisation dynamique et l'aide au diagnostic sismique.

Cette thèse a pour sujet l'étude qualitative de la dynamique des équations des ondes amorties sur un domaine borné Ω de R^d. Outre un chapitre de présentation des notions de stabilité de la dynamique et des travaux antérieurs, cette thèse s'articule autour de deux parties principales.<br />Dans la première partie, on démontre, en dimension d=1, que la propriété de Morse-Smale est générique par rapport à la non-linéarité, pour l'équation des ondes avec amortissement interne γ(x) (EOAI) et celle avec amortissement sur le bord g(x)δ_{x sur le bord} (EOAB). La démonstration utilise des propriétés fines du comportement asymptotique des fonctions t--->u(x_0,t), où u est une solution bornée des équations (EOAI), (EOAB) ou de leurs équations adjointes et où x_0 est un point fixé de Ω. Ce comportement asymptotique se déduit principalement des propriétés spectrales de l'opérateur linéarisé autour d'un point d'équilibre. En particulier, les vecteurs propres de cet opérateur forment une base de Riesz et ses valeurs propres sont génériquement simples.<br />La deuxième partie de cette thèse concerne l'étude de la convergence de la dynamique de l'équation (EOAI) vers celle de l'équation (EOAB) quand la suite d'amortissements internes γ_n(x) tend vers g(x)δ_{x sur le bord} au sens des distributions. En dimension d=1, on montre que la dynamique de (EOAI) converge vers celle de (EOAB). En dimension d>1, des résultats un peu plus faibles de convergence des attracteurs sont obtenus. La perturbation étudiée ici est irrégulière et on doit donc généraliser certains théorèmes classiques de stabilité. Pour obtenir les meilleurs résultats de convergence, il faut montrer que les semi-groupes linéaires associés à (EOAI) satisfont à une décroissance de type exponentiel ||e^{A_nt}||X

L'amortissement est un moyen habituel de maîtrise vibratoire des structures (vibroacoustique, fatigue vibratoire). Un amortissement passif efficace peut-être obtenu par l'ajout de traitements viscoélastiques au sein de la structure. Les propriétés mécaniques de tels matériaux dépendent non seulement de la fréquence, mais également de facteurs d'environnement telles que la précontrainte et la température. Leurs représentations, la modélisation éléments finis et les méthodes de résolution numérique habituellement appliquées aux structures amorties sont précisées, ainsi que de nouvelles techniques de réduction telles que la méthode d'itérations sur les résidus.<br />Un banc d'essai dynamique a été dimensionné et réalisé pour mesurer directement le module complexe de films viscoélastiques de plaques sandwich standard à des températures 0-50 ?C et sur la bande de fréquence 0-2000 Hz et, ce qui est nouveau, pour des taux de précontrainte statique de 0-300 %. Les mesures montrent que l'hypothèse de superposition fréquence-température peut être étendue à la précontrainte.<br />Le second objectif de ce travail est d'étudier et d'améliorer le comportement vibroacoustique d'une enceinte acoustique. Une modélisation éléments finis-éléments de frontière à basse fréquence (0-2000 Hz) est réalisée et validée par des mesures. Un traitement amortissant original est proposé et ses propriétés optimisées.

Cette étude concerne les pratiques comptables des entreprises françaises sur une période allant du ministère de Colbert à 1914. Elle a pour matériau essentiel les archives d'entreprises et la littérature technique. Dès la fin du XVIIe siècle, des entrepreneurs intègrent le dépérisse¬ment des immobilisations dans leurs calculs. Certains en donnent une traduction comptable. Fin XVIIIe - début XIXe, on rencontre des écritures qui combinent constat de dépréciation et intérêt du capital. L'industrialisation et le développement des sociétés par actions ont favorisé l'émergence du concept, mais le lien n'est pas aussi direct qu'on a pu le penser. D'ailleurs la pratique reste limitée, car l'actif durable échappe souvent à la représentation comptable. Il n'est pour beaucoup qu'un effet mort, son acquisition est assimilée à une consommation. En outre, en dehors du textile, secteur lié au capital marchand, l'industrie ne connait sou¬vent que la comptabilité en recettes et dépenses, mode traditionnel des finances publiques. On se contente d'enregistrer les flux, sans organiser le suivi des stocks. Durant les années 1820 à 1840, l'usage de la partie double se généralise. On impose à certaines des premières sociétés anonymes de prévoir l'amortissement des immobilisations dans leurs statuts. La préoccupation de reconstitution du capital investi se manifeste par la formation de fonds d'amortissement. C'est alors que le procédé comptable prend sa dénomination actuelle, utilisée jusque-là pour désigner le remboursement d'un emprunt. Les compagnies de chemin de fer s'abstiennent d'amortir, notamment car elles ont massivement recours à l'emprunt et que l'Etat garantit leurs dividendes. Tout aussi éloignées du standard patrimonial, des entreprises industrielles font du mécanisme l'auxiliaire actif d'une politique d'autofinancement intensif. Ceci déclenche parfois d'âpres conflits entre administrateurs et actionnaires. Malgré quelques velléités de réglementation, on ne réussira guère à discipliner les pratiques avant que n'intervienne l'imposition des bénéfices en 1914.