Nous avons travaillé au cours de cette étude sur des plaques stratifiées en verre/époxy fabriquées à partir de préimprégnés pseudo-tissés. Ces composites sont sujets au délaminage et à la fissuration intralaminaire. L'étude se décompose en quatre grandes étapes. Tout d'abord, une campagne d'essais a été menée, au cours de laquelle les caractéristiques des endommagements intralaminaires transverses et leur cinétique d'évolution ont été déterminées. Cet endommagement présente beaucoup de points communs avec celui observé dans les matériaux non tissés. Toutefois, la structure tissée du matériau a des conséquences sur certaines de ces caractéristiques, en particulier sur sa cinétique d'évolution. Une deuxième campagne d'essais a été réalisée afin d'étudier le phénomène d'initiation du délaminage aux voisinages des bords. Dans ce but, une méthode d'observation optique innovante a été établie afin de pouvoir visualiser durant les essais les différents mécanismes de dégradation présents. Nous avons ainsi étudié l'influence de la fissuration intralaminaire et de la structure tissée sur le début du délaminage. En parallèle, ces endommagements ont été modélisés. Ainsi, un modèle de comportement à l'échelle mésoscopique, prenant en compte les dégradations intralaminaires, a été mis en place. Les effets dus à la refermeture incomplète des fissures a également été prise en compte dans le modèle. De plus, un critère d'initiation du délaminage a été établi. Le critère est construit à partir des composantes du vecteur contrainte de l'interface, moyennés sur une distance caractéristique. Enfin, une dernière phase a permis de valider le modèle et le critère sur des structures non trouées et trouées.

Dans les turbomachines et plus particulièrement dans les inducteurs, la cavitation reste un sujet de préoccupation majeure. L'évolution rapide de l'industrie dans les turbomachines combinée aux récents progrès réalisés en CFD, permettent une investigation, une analyse et un diagnostic numériques de ces machines par une meilleure connaissance des caractéristiques des écoulements dont elles sont le siège. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié une gamme d'inducteurs qui se différentient par certains critères géométriques en écoulements cavitants et subcavitants. Les interactions entre les divers critères géométriques étudiés, jouent sans le moindre doute un rôle important et nécessitent la prise en compte d'un couplage entre ces paramètres dans les diverses conditions de fonctionnement prévisibles (débit, NPSH, etc.). L' =un des objectifs est d'aboutir, à terme, à une amélioration du processus de conception des inducteurs. La mise en oeuvre de calculs tridimensionnels cavitants, a permis d'analyser les caractéristiques de l'écoulement dans les différentes configurations d'inducteurs pour des régimes de fonctionnement stables et instables, et de détecter les paramètres les plus importants affectant leur bon fonctionnement. Une méthodologie de modélisation des caractéristiques a pu ainsi être mise en oeuvre et appliquée sur différentes géométries avec succès. Un autre objectif poursuivi est de mieux cerner à la fois expérimentalement et numériquement le phénomène de cavitation particulièrement dans ce type de machines en écoulement stationnaire et instationnaire. Ceci a permis d'établir des méthodes précises pour la prédiction de son apparition et du développement de ses différents aspects afin de repousser les limites techniques qu'elle engendre. De manière plus générale, notre collaboration avec ANSYS-Canada et l'Université du New Brunswick au cours de ce travail, a donné lieu à la validation du modèle cavitant du code CFX5.7 sur l'un des inducteurs présentés dans ce rapport.

La texturation de surface est une thématique récente qui suscite un certain engouement pour les contacts dynamiques. Pendant de nombreuses années, les tribologues ont privilégié les surfaces lisses aux faibles rugosités pour limiter le frottement. Inspiré des rugosités de surface organisées observées dans la nature, les topologies de surfaces sont désormais axées sur la texturation et la structuration des rugosités. Fort de ce potentiel, de nombreuses études traitent, par une approche numérique, la modélisation de ces surfaces et les études expérimentales sont rares, avec une instrumentation souvent insuffisante pour appréhender tous les phénomènes physiques. Par une approche expérimentale, nous analysons le comportement des butées hydrodynamiques à faces parallèles partiellement texturées. Les 80 capteurs équipant le dispositif d'essais permettent d'apprécier avec rigueur la phénoménologie à l'interface du patin et du film lubrifiant. L'analyse met l'accent sur la capabilité de ce composant à être intégré dans un environnement industriel. Afin d'objectiver les résultats, les campagnes d'essais sont menées sur dix butées hydrodynamiques dont quatre sont munies de texturation. Une comparaison de ces butées facilite leur classement en termes de capacité de charge, de réduction de frottement ou encore de risque d'usure dans les phases de démarrage. Pour les configurations étudiées, les butées texturées ne peuvent concurrencer les butées à poches ou à plans inclinés du point de vue de la capacité de charge. En se référant à une butée à faces parallèles, les butées texturées permettent une réduction du frottement de 30% à faibles charges tandis que pour de fortes charges, les / Surface texturing is a recent topic which has raised a great interest in contact dynamics. For many years, engineers have favored smooth surfaces with low roughness in order to minimize friction losses. Inspired by textured surfaces which can be commonly found in nature, the research in surface topography is now focused on texturing and roughness characterization. Considering the great potential of surface texturing, many research studies analyze this subject, most commonly theoretically, while experimental works are often performed with inadequate equipment which does not allow a proper evaluation of the involved physical phenomena. This study uses an experimental approach in order to analyze the behavior of hydrodynamic thrust bearings with parallel textured pads. The experimental device is equipped with 80 sensors which allow a proper assessment of the phenomenology at the film/pad interface. This analysis focuses on the capability of this textured component to be integrated in an industrial environment. To objectify the results, the tests are conducted on ten hydrodynamic thrust bearings, among which four are textured. The comparison between the performances of these bearings facilitates their classification in terms of load-carrying capacity, friction loss and wears resistance during the start-up period. Results show that for the studied configurations, the textured thrust bearings cannot compete with pocketed or tapered land thrust bearings in terms of load-carrying capacity. In the case of parallel thrust bearings, surface texturing can help to reduce friction up to 30% at low loads while for heavy loads, their performance is equivalent or even lower than that of

Cette thèse met l'accent sur la recherche scientifique pour développer une classe de procédés à hautesvitesses de déformation des tôles métalliques en alliages d'aluminium et en acier à haute résistance (AHR).Ces technologies emploient une impulsion de pression de courte durée qui propulse la tôle dans une matrice.Ces procédés sont généralement décrits comme procédés de formage par impulsion de pression (PPF). Letravail proposé dans ce mémoire de thèse a permis de surmonter trois obstacles pour l'utilisation desprocédés PPF et la fabrication à moindre coût de structures légères. Le premier obstacle a été le manque decorrélation entre formabilité et vitesses de déformation qui se développent lors d’un procédé PPF. Nous avonsproposé d’analyser la formabilité et la rupture des tôles, et de caractériser les vitesses de déformation et leurl'hétérogénéité pendant le procédé PPF. Le deuxième obstacle a été le manque de lois constitutives validéespour les métaux déformés par le procédé PPF. Nous avons étudié la microstructure et l'évolution despropriétés mécaniques durant le procédé PPF. Le troisième obstacle est le manque de modèles de formabilitéprédictifs validés pour le procédé PPF. Nous avons utilisé la méthode Marciniak-Kuczynski pour la prédictionde la formabilité de l’alliage AA5182 et de l’acier DP600 sous un large éventail de vitesses de déformation etsous différentes directions de ces vitesses. La combinaison de ces résultats de recherche permet une plusgrande capacité prédictive pour concevoir et développer des procédés PPF pour composants d’automobiledésirés à partir d'aluminium et d’acier AHR. / This thesis focuses on scientific investigation to develop and enable a class of high strain ratesheet metal forming of aluminum alloys and advanced high strength steel (AHSS). These technologiesemploy a short duration pressure‐pulse to drive sheet metal into single‐sided dies, and can generally bedescribed as pulse pressure forming (PPF) processes. The work under this thesis has overcome threetechnical barriers to using PPF processing for more cost effective lightweight vehicles. The first technicalbarrier was the lack of understanding of the interrelationship between formability and measured strainrates that develop during PPF processing. The work under this thesis investigated the formability andfracture of sheet metals during PPF, and characterized the strain rate and the strain rate heterogeneity.The second technical barrier was the lack of a validated constitutive model for lightweight materialsduring PPF processing. The work under this thesis investigated the microstructure and mechanicalproperty evolution in metals during PPF. The third technical barrier was the lack of validated andpredictive formability models for PPF processes. The work under this thesis used the Marciniak andKuczynski method of formability prediction to predict the formability of both aluminum alloy AA5182and AHSS alloy DP600 across a wide range of strain rates and strain rate directions. The combination ofthese research results permits a more predictive capacity to design and develop PPF manufacturingprocesses for a desired automotive component made from aluminum alloys and AHSS.

Dans un contexte de développement des énergies renouvelables, les énergies marines suscitent un grand intérêt. Parmi elles, les courants de marée paraissent constituer une ressource intéressante du fait de la densité de l'eau de mer et de la possibilité de prévoir les oscillations de marée à un endroit donné. Pour une turbine à axe vertical et en accord avec le partenaire industriel, les contraintes à l'échelle de la section de pale incluent la bidirectionnalité de l'écoulement, l'état de surface ainsi que la turbulence amont. La première partie du travail présentée ici s'est donc attachée à étudier deux solutions permettant de répondre à la bidirectionnalité de l'écoulement à l'échelle d'une section de pale. Un profil bidirectionnel spécifique a ainsi été comparé à un NACA 0015 en écoulement directe et inversé. La seconde partie s'est attachée à caractériser l'effet de la rugosité de surface et de la turbulence amont sur les propriétés d'un profil unidirectionnel spécifiquement développé pour les turbines à axe horizontal. Les deux sujets ont été abordés sur des profils académiques 2D, au travers d'une approche expérimentale originale et d'étude numériques. Des calculs tout turbulents et avec prise en compte de la transition ont été comparés à des mesures d'effort par balance, couplés à des observations de l'écoulement par PIV. Le foil bidirectionnel ainsi que le foil NACA en écoulement direct et inversé ont montrés des comportements singuliers qui pénalisent leurs performances dans l'optique d'une utilisation en tant que section de pale. A partir d'une valeur seuil, la hauteur de la rugosité de surface a montré engendrer un changement profond de la nature de l'écoulement autour du foil unidirectionnel. Finalement, il a été observé que la turbulence amont modifiait modérément les propriétés de ce type de foils, mais de façon moins significative à l'échelle de la pale. / In a context of development of renewable energies, there is a growing interest in marine energies. Among them, tidal currents are promising due to the density of seawater and the predictability of tidal oscillations at a given location. For horizontal axis tidal turbines and according to the industrial partner, constraints at the blade section scale include bi-directionality of the flow, surface roughness and upstream turbulence. The first part of the present work studied two solutions to achieve bi-directionality of the flow at the blade section scale. A specific bi-directional hydrofoil was compared to a NACA 0015 in forward and reversed flow. The second part focussed on the effect of surface roughness and upstream turbulence on a unidirectional blade section designed for current turbines. Both studies were carried out on academic two-dimensional hydrofoils, using both numerical investigation and a specifically developed experimental approach. Computations using fully turbulent and transition models were compared to balance force measurements coupled with PIV flow observations. The bidirectional foil as well as the NACA foil in forward and reversed flow, showed specific behaviours that could considerably reduce their performances for a use as a tidal turbine rotor. Roughness height was also observed to deeply change the foil properties, beyond a critical height. Finally, upstream turbulence resulted in moderate performance changes, less significant at the machine scale.

Les alliages de titane α/β ont beaucoup d’applications dans des domaines industriels divers comme l’aéronautique. Le phénomène de globularisation qui se produit lors de traitements thermomécaniques est un phénomène important dans la mesure où une microstructure globulaire présente une tenue mécanique et une ductilité accrues.Les microstructures lamellaires sont constituées de colonies de lamelles de phase α parallèles qui se développent dans les grains β au cours de leur refroidissement. La globularisation se fait en deux étapes : les lamelles se subdivisent d’abord en segments plus courts, puis ces segments globularisent, au cours de la déformation à chaud et des traitements thermiques. La subdivision des lamelles se fait au niveau des sous-joints formés au cours de la déformation à chaud. Lors de traitements thermiques prolongés, les plus gros globules de phase α grossissent au détriment des plus petits. La formation des sous-joints et le grossissement des globules n’ont pas été étudiés en détail dans ce travail. L’accent a été mis sur les mécanismes de migration des interfaces α/β et α/α qui conduisent à la subdivision des lamelles et à leur globularisation.Des essais de compression à chaud et des traitements thermiques appliqués à des échantillons de Ti-6Al-4V ont permis de confirmer que l’épaisseur des lamelles et de leur orientation sont des facteurs importants pour la globularisation. Les lamelles plus fines et celles orientées parallèlement à l’axe de compression globularisent plus facilement. Ce travail expérimental a permis de mieux appréhender la complexité du phénomène de globularisation et d’introduire un cadre numérique adapté pour sa simulation. Une méthode à champ complet, basée sur la méthode Level-Set dans un cadre Eléments Finis, a ainsi été testée pour simuler les mécanismes physiques de migration interfaciale menant à la subdivision des lamelles et à l'évolution vers une forme globulaire. Les premiers résultats sont très prometteurs et illustrent le potentiel du cadre numérique proposé. / Α/β titanium alloys have many industrial applications in various fields such as aeronautics. Spheroidization is a phenomenon that occurs in initially lamellar α/β titanium alloys during thermomechanical processing and receives considerable attention as spheroidized microstructures exhibit enhanced strength and ductility.Lamellar microstructures are made of colonies of parallel α lamellae developed inside β grains while they are cooled down. Spheroidization actually proceeds in two successive steps: the lamellae first split into smaller α laths, which subsequently undergo spheroidization. This occurs during hot-deformation and subsequent annealing. Lamella splitting occurs where subboundaries were formed inside lamellae during hot-deformation. Over long term annealing the spheroidized α phase particles undergo coarsening. The formation of subboundaries and coarsening were not addressed in this work. The focus has been placed on the interfacial kinetics mechanisms leading α lamellae splitting during the first stages of spheroidization.Hot compression tests and subsequent annealings carried out on Ti-6Al-4V samples confirmed that the thickness and the orientation of the lamellae are important factors with regards to spheroidization. Thinner lamellae and lamellae oriented parallel to the compression axis spheroidize faster. Those experiments contributed to a better understanding of the phenomenon and allowed to introduce a suitable numerical framework to simulate the early stages of spheroidization. A full field method in a Finite Element/ Level Set framework has thus been tested for simulating the involved physical mechanisms of interface migration that lead to lamellae splitting and the subsequent shape evolution of the α laths towards a spheroidal shape. First results are promising and illustrate the potential of this numerical framework

Cette thèse met l'accent sur la recherche scientifique pour développer une classe de procédés à hautesvitesses de déformation des tôles métalliques en alliages d'aluminium et en acier à haute résistance (AHR).Ces technologies emploient une impulsion de pression de courte durée qui propulse la tôle dans une matrice.Ces procédés sont généralement décrits comme procédés de formage par impulsion de pression (PPF). Letravail proposé dans ce mémoire de thèse a permis de surmonter trois obstacles pour l'utilisation desprocédés PPF et la fabrication à moindre coût de structures légères. Le premier obstacle a été le manque decorrélation entre formabilité et vitesses de déformation qui se développent lors d'un procédé PPF. Nous avonsproposé d'analyser la formabilité et la rupture des tôles, et de caractériser les vitesses de déformation et leurl'hétérogénéité pendant le procédé PPF. Le deuxième obstacle a été le manque de lois constitutives validéespour les métaux déformés par le procédé PPF. Nous avons étudié la microstructure et l'évolution despropriétés mécaniques durant le procédé PPF. Le troisième obstacle est le manque de modèles de formabilitéprédictifs validés pour le procédé PPF. Nous avons utilisé la méthode Marciniak-Kuczynski pour la prédictionde la formabilité de l'alliage AA5182 et de l'acier DP600 sous un large éventail de vitesses de déformation etsous différentes directions de ces vitesses. La combinaison de ces résultats de recherche permet une plusgrande capacité prédictive pour concevoir et développer des procédés PPF pour composants d'automobiledésirés à partir d'aluminium et d'acier AHR.

Ce travail de thèse porte sur le développement de la technique de Vélocimétrie par Marquage Moléculaire (Molecular Tagging Velocimetry - MTV) pour l’étude expérimentale des micro-écoulements gazeux internes. Les micro-écoulements gazeux sont des écoulements raréfiés, caractérisés par un nombre de Knudsen non négligeable. L’analyse de la littérature montre un besoin crucial de données expérimentales de grandeurs locales relatives aux micro-écoulements gazeux. Ces données permettraient une discussion pertinente de la précision et des limites d’applicabilité des différents modèles théoriques proposés dans la littérature pour l’étude du régime de glissement, régime raréfié le plus souvent rencontré en microfluidique gazeuse. Dans cette optique, un banc d’essais expérimental a été développé pour la mesure de champs de vitesses par MTV. La technique consiste à suivre des molécules traceuses d’acétone introduites dans le gaz en écoulement et qui deviennent phosphorescentes lorsqu’elles sont excitées par une source lumineuse UV. Les différents compromis pris en compte pour le développement de ce banc (choix du traceur et du matériau, conception du canal instrumenté,…), ainsi que les techniques d’acquisition et de traitement de signal sont détaillés dans le manuscrit. L’analyse expérimentale commence par une étude du signal de phosphorescence de l’acétone. Ensuite, la technique de vélocimétrie par marquage moléculaire est validée par la mesure de champs de vitesses dans des écoulements laminaires confinés en régime non raréfié. Les résultats obtenus sont comparés à des profils de vitesse théoriques d’un écoulement de Poiseuille à pression atmosphérique. Enfin, les premiers résultats obtenus à basse pression sont présentés et commentés. La détection du signal à un niveau de pression de 1kPa est encourageante et offre de nombreuses perspectives pour l’exploration d’écoulements en régime raréfié / This thesis focuses on the development of Molecular Tagging Velocimetry (MTV) technique for the experimental analysis of internal microflows of gases. Gaseous microflows are rarefied flows characterized by a non-negligible Knudsen number. A literature review highlights a crucial need of experimental data on velocity fields within gaseous microflows. These data are required for a relevant discussion on the validity and limits of applicability of the different boundary conditions proposed in the slip flow, which is a regime often encountered in gaseous microsystems. An experimental setup has been designed for analyzing by MTV the velocity distribution in microchannels. The technique consists in detecting the displacement of acetone molecules, introduced as tracers in a gas flow; these molecules exhibit phosphorescence once excited by a UV light source. The various compromises taken into account for the setup design (choice of tracer, laser, channel material and design, camera and intensifier…), as well as the acquisition and processing techniques are detailed in the manuscript. The experimental analysis starts with a study of the acetone phosphorescence signal. Then, the MTV technique is validated by velocity field measurements in internal laminar flows through a rectangular minichannel in non-rarefied regime. The obtained results are successfully compared to the theoretical velocity profile of a Poiseuille flow. Finally, preliminary results obtained at lower pressures are presented and commented. The signal detection at a pressure level as low as 1 kPa is encouraging and draws various perspectives for the exploration of rarefied regimes