La simulation de structures industrielles complexes comportant des détails structuraux conduit à des modèles éléments finis de très grande taille. Pour traiter ce type de problème, une méthode de décomposition de domaine FETI-DP est adoptée dans ce travail. L'étude concerne un navire à passagers, dont l'architecture présente un découpage naturel en sousstructures. Les performances de ces méthodes sont très dépendantes de celles de son solveur, basé sur une méthode itérative de type gradient conjugué. Il faut donc disposer de préconditionneurs efficaces, ce qui est délicat pour des structures hétérogènes constituées par des assemblages tridimensionnels de plaques et de raidisseurs. Une méthode est donc développée tenant compte de la raideur locale d'interface des sous domaines, pour accélérer la vitesse de convergence. Dans une deuxième partie, l'objectif est d'optimiser le temps de calcul de la structure. La méthode précédente est alors améliorée avec une version multiéchelle, et deux niveaux de discrétisation des sous domaines. Les zones d'intérêt sont représentées par des sous domaines maillés finement, alors que toutes les autres sont décrites de façon macroscopique avec seulement les nœuds grossiers de l'approche FETI-DP. L'utilisation de sous domaines macroscopiques soulève le problème de la détermination de leur raideur (par homogénéisation numérique), et de leur raccord avec les sous domaines microscopiques. Deux approches différentes sont proposées, de type collocation et Mortar. Elles sont validées sur des cas simples et illustrés à travers différents exemples.

Depuis quelques années, l’évolution des techniques d’acquisition a entraîné une généralisation de l’utilisation d’objets 3D très dense, représentés par des nuages de points de plusieurs millions de sommets. Au vu de la complexité de ces données, il est souvent nécessaire de les analyser pour en extraire les structures les plus pertinentes, potentiellement définies à plusieurs échelles. Parmi les nombreuses méthodes traditionnellement utilisées pour analyser des signaux numériques, l’analyse dite scale-space est aujourd’hui un standard pour l’étude des courbes et des images. Cependant, son adaptation aux données 3D pose des problèmes d’instabilité et nécessite une information de connectivité, qui n’est pas directement définie dans les cas des nuages de points. Dans cette thèse, nous présentons une suite d’outils mathématiques pour l’analyse des objets 3D, sous le nom de Growing Least Squares (GLS). Nous proposons de représenter la géométrie décrite par un nuage de points via une primitive du second ordre ajustée par une minimisation aux moindres carrés, et cela à pour plusieurs échelles. Cette description est ensuite derivée analytiquement pour extraire de manière continue les structures les plus pertinentes à la fois en espace et en échelle. Nous montrons par plusieurs exemples et comparaisons que cette représentation et les outils associés définissent une solution efficace pour l’analyse des nuages de points à plusieurs échelles. Un défi intéressant est l’analyse d’objets 3D acquis dans le cadre de l’étude du patrimoine culturel. Dans cette thèse, nous nous étudions les données générées par l’acquisition des fragments des statues entourant par le passé le Phare d’Alexandrie, Septième Merveille du Monde. Plus précisément, nous nous intéressons au réassemblage d’objets fracturés en peu de fragments (une dizaine), mais avec de nombreuses parties manquantes ou fortement dégradées par l’action du temps. Nous proposons un formalisme pour la conception de systèmes d’assemblage virtuel semi-automatiques, permettant de combiner à la fois les connaissances des archéologues et la précision des algorithmes d’assemblage. Nous présentons deux systèmes basés sur cette conception, et nous montrons leur efficacité dans des cas concrets. / Over the last decades, the evolution of acquisition techniques yields the generalization of detailed 3D objects, represented as huge point sets composed of millions of vertices. The complexity of the involved data often requires to analyze them for the extraction and characterization of pertinent structures, which are potentially defined at multiple scales. Amongthe wide variety of methods proposed to analyze digital signals, the scale-space analysis istoday a standard for the study of 2D curves and images. However, its adaptation to 3D dataleads to instabilities and requires connectivity information, which is not directly availablewhen dealing with point sets.In this thesis, we present a new multi-scale analysis framework that we call the GrowingLeast Squares (GLS). It consists of a robust local geometric descriptor that can be evaluatedon point sets at multiple scales using an efficient second-order fitting procedure. We proposeto analytically differentiate this descriptor to extract continuously the pertinent structuresin scale-space. We show that this representation and the associated toolbox define an effi-cient way to analyze 3D objects represented as point sets at multiple scales. To this end, we demonstrate its relevance in various application scenarios.A challenging application is the analysis of acquired 3D objects coming from the CulturalHeritage field. In this thesis, we study a real-world dataset composed of the fragments ofthe statues that were surrounding the legendary Alexandria Lighthouse. In particular, wefocus on the problem of fractured object reassembly, consisting of few fragments (up to aboutten), but with missing parts due to erosion or deterioration. We propose a semi-automaticformalism to combine both the archaeologist’s knowledge and the accuracy of geometricmatching algorithms during the reassembly process. We use it to design two systems, andwe show their efficiency in concrete cases.

En raison de leur faible conductivité thermique et de leur rigidité spécifique élevée, les matériaux composites verre-E/époxyde à renfort textile sont utilisés pour la fabrication des supports de cryodipôles de l'accélérateur de particules LHC. Ces supports sont soumis à des chargements thermique et mécanique complexes nécessitant une étude approfondie de leur réponse. La méthode d'étude proposée ici est de type multi-échelle. Elle est basée sur deux homogénéisations successives, de manière à prendre en compte la forte thermodépendance du module d'élasticité et de la déformation thermique de la résine d'une part et le mécanisme des phonons qui modifie le transfert thermique aux interfaces fibres/matrice pour les températures inférieures à 10 K d'autre part. <br />A chaque étape de cette étude, les résultats des modèles sont validés par des résultats de mesures de conductivité thermique et de modules d'élasticité pour des températures comprises entre 4,2 K et 293 K.

L’atomisation texturelle désigne le mécanisme d’arrachage de gouttes à l’interface d’un écoulement liquide libre. Cemécanisme est contrôlé par les caractéristiques de l’écoulement au sortir de l’injecteur et se manifeste dans son champproche. Peu étudiée, l’atomisation texturelle est un phénomène rapide, impliquant de très petites structures ligamentaireset produisant un brouillard de très fines gouttes. Le travail de cette thèse est une étude expérimentale d’un processusd’atomisation texturelle observé sur des écoulements produits par des injecteurs cavitants. Trois atomiseurs académiquestransparents sont utilisés et des diagnostics optiques sont mis en oeuvre : la LDV (vélocimétrie doppler laser) et le PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) pour décrire l’écoulement interne et le spray, respectivement, et l’imagerie fixe à forterésolution spatiale ou à haute-cadence pour les écoulements interne et externe. Une première observation montre un lienimportant entre le régime de cavitation et le processus d’atomisation texturelle. Une analyse impliquant la mesure devariabilité de l’écoulement et du processus d’atomisation texturelle quantifie ce lien. Ici, le processus d’atomisation estdécrit par la mesure de sa distribution d’échelle. Associée au concept de système équivalent, cette analyse multi-échellepermet de produire une écriture mathématique du processus étudié. Ce résultat est sans précédent. Complété par unedescription mathématique de la distribution de taille des gouttes produites, il offre un appui nouveau pour construire unmodèle d’atomisation ligamentaires présenté dans ce travail et qui relie taille et forme des ligaments aux populations degouttes formées. Ces analyses fines amènent une meilleure connaissance du mécanisme d’atomisation étudié. Par exemple, on apprend qu’à débit fixé, la hauteur du canal d’alimentation de l’orifice de décharge n’influence pas les processus d’atomisation texturelle. Par ailleurs, un critère est établi pour identifier la plus petite échelle de déformation des ligaments impliquée dans la production des gouttes. / Textural atomization designates the mechanism of drop peeling from the interface of a free liquid flow. This mechanismis controlled by the characteristics of the flow issuing from the injector and manifests at its vicinity. Almost uninvestigated,textural atomization is a rapid phenomenon, implies very small ligamentary structures and produces a mist of fine droplets.The work of this thesis is an experimental investigation of a textural atomization process observed on flows issuing fromcavitating injector. Three academic transparent atomizers are used and optical diagnostics are implemented: LDV (LaserDoppler Velocimetry) and PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) to describe the internal flow and the spray, respectively,and still imaging at high spatial resolution or high-speed imaging for the internal and external flows. A first observation revealsa strong link between the cavitation regime and the textural atomization process. An analysis implying the measurementof the variability of the internal flow and of the atomization process quantifies this link. Here, the atomization process isdescribed by the measurement of its scale distribution. Associated with the concept of equivalent system, this multi-scaleanalysis returns a mathematical expression for the investigated atomization process. This result is unprecedented. Completedby a mathematical description of the spray drop-diameter distribution, it offers a new support to build a model of ligamentaryatomization processes presented in this work and that connects ligament size and deformation to the drop populations. Thesefine analyses provide a better knowledge of the investigated atomization process. For instance, we learn that, at fixed flowrate, the height of the inlet pipe feeding the orifice has no influence on the atomization process. Furthermore, a criterion hasbeen established to identify the smallest ligament deformation scale implied in the drop production.

Ces travaux traitent de l’influence du procédé d’élaboration sur l’état métallurgique et les propriétés mécaniques et anti-corrosion des alliages de Ni-W nanostructurés, dans le but de mieux comprendre le rôle de différents paramètres physico-chimiques sur ces propriétés. Pour cela, deux techniques de dépôt sont utilisées : l’électrodéposition et la pulvérisation cathodique magnétron. Une approche multi-échelle associant différentes techniques permet la caractérisation fine de la morphologie, de la taille de grains, de la texture, de la nature des joints de grains ainsi que de la composition chimique des alliages et de leur contamination. En fonction de la technique d’élaboration utilisée, la relation entre la teneur en W et les paramètres métallurgiques est très différente avec un impact du W beaucoup plus marqué pour les électrodépôts par rapport aux alliages obtenus par pulvérisation. Les propriétés des revêtements sont évaluées par des tests de microdureté et des essais électrochimiques (courbe de polarisation et spectroscopie d’impédance électrochimique). Une augmentation de la microdureté est généralement observée avec la diminution de la taille de grains et l’augmentation de la teneur en W dans les alliages de Ni-W. Cependant, les valeurs de microdureté les plus importantes sont toujours atteintes pour de hautes teneurs en tungstène mais pas forcément pour les tailles de grains les plus faibles. Une limite dans l’augmentation de la microdureté avec la diminution de la taille de grains a donc été mise en avant. L’étude de la réactivité électrochimique des alliages en milieu acide a permis de montrer un rôle prépondérant du tungstène qui va dépendre du pH, du domaine étudié et des réactions associées. La morphologie de surface et les défauts structuraux vont également pouvoir influencer la réactivité des alliages de Ni-W avec une influence qui peut dépasser celle des solutés. En comparaison, les autres paramètres microstructuraux (taille et orientation des grains, nature des joints de grains et contamination) ne semblent avoir qu’un impact mineur sur le comportement électrochimique. / The aim of this study is to understand the influence of the deposition process on the metallurgical state and the mechanical and anti-corrosion properties of the nanostructured Ni-W alloys. Two processes are performed to obtain our alloys : the electrodeposition and the magnetron sputtering. A combination of several microstructural techniques at different scales has permitted the characterization of the morphology, the grain size, the crystallographic texture, the nature of grain boundaries and the concentrations of alloying elements. According to the elaboration process, the relationship between the W content and the metallurgical parameters is very different. A stronger influence of W is observed for the electrodeposited coatings by comparison with the alloys obtained by sputtering. The properties of the coatings are studied with microhardness measurements and electrochemical tests (polarization curve and electrochemical spectroscopy impedance). An increase of the microhardness is mainly observed with the decrease of grain size and the increase of tungsten content. But, the highest values of microhardness are always obtained for the highest tungsten content and not necessarily for the lowest grain size. So, a limit for the increase of microhardness with the decrease of grain size is put forward. The study of the electrochemical reactivity for the alloys in acidic media have shown a dominating role of the tungsten that depend on the pH, the studied domain and the reaction path associated with the corrosion process. The surface morphology and the structural defects have also an important influence on the reactivity of the Ni-W alloys that can exceed the impact of solute. As compared, the others metallurgical parameters (grain size, texture, grain boundaries and contamination) seem to have a minor influence on the electrochemical behavior.

La bio-détérioration des documents culturels compte parmi les types de détériorations les plus complexes que sont amenés à subir ces objets; et ce, parce qu’elle implique des organismes vivants ainsi que la conjonction de nombreux facteurs. Il existe différentes formes de biodétérioration; les taches de substrat (support?) engendrées par des champignons pigmentés en sont un exemple. Une multitude d’actions se développent aux “interfaces” entre le substrat (support?) et les champignons, depuis le premier contact avec les spores, en passant par la prolifération fongique, jusqu’aux interactions avec l’environnement. L’analyse multi-échelle et multisensorielle de l’interface entre les moisissures pigmentées noires et le support papier est le sujet de ces thèses. Deux types de pigmentations fongiques noires ont fait l’objet d’une analyse; la première apparaissait spontanément sur les œuvres d’art , la deuxième résultait d’une pigmentation déclenchée en biosimulation, sur des papiers connus, dans un environnement maitrisé. Les caractéristiques des papiers telles que le relief et la structure de la surface, la morphologie des champignons, les processus de dépôt de la biomasse pigmentée, ainsi que la prolifération fongique, ont fait l’objet de multiples examens, tant en termes d’instruments que de méthodes :microscopie à lumière transmise, microscopie électronique à balayage (MEB) dans une chambre à pression variable, microscopie confocale à balayage laser, profilomètre confocal à lumière blanche, microtomographie aux rayons L’objectif ultime étant de développer une stratégie de préservation des objets du patrimoine culturel bio-détériorés, le choix des instruments et des méthodes d’analyse était dicté par un souci pratique qui limitait l’échantilllonage des éléments analysés. Ce travail constitue une première tentative afin de mieux comprendre les forces en présence au niveau des “interfaces”, dans le cas des taches sur le papier dues aux champignons. / Biodeterioration of cultural materials is one of the most complex types of deteriorations that cultural materials are subjected to mainly, because it involves living organisms and synergy of many factors. There are different forms of biodeterioration, stains of substrate caused by pigmented fungi is one of them. Multitude of events occurs at interfaces between substrate and fungi, from the moment of spores’ first contact with surfaces, next fugal growth and their responses to the environment. Multiscale and multisensory analysis of interfaces between black pigmented fungi and paper substrate was the subject of these theses. Two types of black fungal pigmentations were analyzed; one that occurred on the original artworks the other one was induced in biosymulation on known papers in controlled environment. Paper characteristics, such as surface topography and structure, morphology of fungi and patterns of their pigmented bio-mass deposition as well as fungal growth were examined with an array of analytical instruments and methods: transmitted light microscopy, scanning electron microscopy in variable pressure, confocal laser scanning microscopy, white light confocal profilometer and X-ray microtomography. The ultimate goal was to develop a preservation strategy for biodeteriorated cultural heritage material; therefore the choice of the analytical methods and instruments was dictated by real-life protocols that limit sampling of cultural materials. This works is the first attempt towards a better understanding of interfacial forces in fungal stains on paper.

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de mieux comprendre les relations entre la microstructure des revêtements métalliques nanocristallisés et leurs propriétés électrochimiques et mécaniques. Les dépôts de nickel sont élaborés par électrodéposition en courant continu et en courant pulsé dans un bain au sulfamate de nickel avec des sels de haute pureté, sans additif afin de minimiser les risques de contamination. Une caractérisation précise des états métallurgiques développés est réalisée au moyen de diverses techniques (MEB, MET, DRX, AFM, EBSD, SIMS, GDOES) afin d'évaluer la microstructure à différentes échelles (taille de grain, texture, contraintes internes, type de joints de grains) et d'identifier les contaminants. Trois types de texture ont été développés, associés à différentes tailles d'hétérogénéités structurales allant du micromètre à quelques dizaines de nanomètres. Une loi dite "d'échelle" a été mise en évidence, permettant de corréler les résultats obtenus par les diverses méthodes d'analyse. L'affinement de la taille de grain se traduit par une augmentation de la contamination dans les dépôts et entraîne une augmentation de la microdureté. La loi de Hall-Petch est influencée par l'orientation cristallographique ce qui a pu être relié à la nature des joints de grains et à la contamination des revêtements. Une étude préliminaire de la réactivité électrochimique en milieu acide a montré le rôle marqué des effets de surface (contamination et rugosité de surface). La réalisation d'un polissage électrolytique sur les revêtements a permis d'étudier l'influence des paramètres métallurgiques (taille de grain, contamination, nature des joints de grains) sur la réactivité. Les courbes de polarisation dans le domaine anodique et dans le domaine cathodique ont été simulées à l'aide de modèles cinétiques. Les résultats obtenus suggèrent que les joints de grains ont un effet qui peut être activant ou désactivant suivant l'étape considérée, ces effets pouvant être atténués par la présence d'impuretés. Les modifications de propriétés mécaniques et électrochimiques des revêtements ne peuvent être attribuées à une diminution de la taille de grain seule.

La structuration et les effets de l'hétérogénéité spatiale des organismes font l'objet d'un questionnement transversal à l'écologie. Leur prise en compte correspond aussi à une préoccupation grandissante pour la conception et l'évaluation des projets de restauration écologique. Le travail qui a été développé au cours de cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Avec comme modèle d'étude un système fortement anthropisé – les digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône – j'ai analysé les liens unissant la structure spatiale des plantes à leurs traits biologiques, en vue de comprendre leurs rôles dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales intégrées au coeur d'un système hiérarchisé. Cette démarche repose sur l'analyse des structures spatiales qui s'étendent du voisinage de la plante au paysage, c'est-à-dire des dimensions géographiques allant du centimètre jusqu'au kilomètre. Dans cette perspective il a été nécessaire de croiser des approches issues des statistiques spatiales, de l'écologie fonctionnelle et de la télédétection. Les résultats obtenus permettent d'expliquer la genèse de structures spatiales végétales, à diverses échelles, à partir de traits biologiques qui interviennent dans la manifestation de processus endogènes (dispersion et interactions biotiques) et/ou dans la réponse des plantes à des facteurs exogènes (conditions environnementales imposées par des travaux de restauration et perturbations). Ils mettent également en lumière 1) le rôle de trois stratégies spatiales dans la structuration des communautés herbacées; 2) des relations variables entre l'agrégation fine de graminées monopolistes et la coexistence des espèces au niveau du voisinage de la plante ; et 3) des relations fortes entre la structure/diversité fonctionnelle des communautés et les propriétés de réflectance de la végétation dérivées d'images aériennes à haute définition. Ceci permet d'établir une continuité entre des assemblages fonctionnels locaux et l'hétérogénéité spatiale de propriétés écosystémiques complexes au niveau du paysage. Une synthèse de cette étude conduit à proposer un modèle conceptuel qui intègre le rôle des structures spatiales végétales, des traits des plantes et de leurs interactions, dans le fonctionnement des communautés végétales en lien avec leurs niveaux adjacents (n+1 : le paysage ; n-1 : le voisinage de la plante). Enfin, les résultats qui ressortent de ce travail ouvrent des perspectives d'application pour l'évaluation et la gestion des projets de restauration.

Ce manuscrit est dédié à la détection et la caractérisation de points d'intérêt dans les maillages. Nous montrons tout d'abord les limitations de la mesure de courbure sur des contours francs, mesure habituellement utilisée dans le domaine de l'analyse de maillages. Nous présentons ensuite une généralisation de l'opérateur SUSAN pour les maillages, nommé SUSAN-3D. La mesure de saillance proposée quantifie les variations locales de la surface et classe directement les points analysés en cinq catégories : saillant, crête, plat, vallée et creux. Les maillages considérés sont à variété uniforme avec ou sans bords et peuvent être réguliers ou irréguliers, denses ou non et bruités ou non. Nous étudions ensuite les performances de SUSAN-3D en les comparant à celles de deux opérateurs de courbure : l'opérateur de Meyer et l'opérateur de Stokely. Deux méthodes de comparaison des mesures de saillance et courbure sont proposées et utilisées sur deux types d'objets : des sphères et des cubes. Les sphères permettent l'étude de la précision sur des surfaces différentiables et les cubes sur deux types de contours non-différentiables : les arêtes et les coins. Nous montrons au travers de ces études les avantages de notre méthode qui sont une forte répétabilité de la mesure, une faible sensibilité au bruit et la capacité d'analyser les surfaces peu denses. Enfin, nous présentons une extension multi-échelle et une automatisation de la détermination des échelles d'analyse qui font de SUSAN-3D un opérateur générique et autonome d'analyse et de caractérisation pour les maillages

Depuis quelques années, l'évolution des techniques d'acquisition a entraîné une généralisation de l'utilisation d'objets 3D très dense, représentés par des nuages de points de plusieurs millions de sommets. Au vu de la complexité de ces données, il est souvent nécessaire de les analyser pour en extraire les structures les plus pertinentes, potentiellement définies à plusieurs échelles. Parmi les nombreuses méthodes traditionnellement utilisées pour analyser des signaux numériques, l'analyse dite scale-space est aujourd'hui un standard pour l'étude des courbes et des images. Cependant, son adaptation aux données 3D pose des problèmes d'instabilité et nécessite une information de connectivité, qui n'est pas directement définie dans les cas des nuages de points. Dans cette thèse, nous présentons une suite d'outils mathématiques pour l'analyse des objets 3D, sous le nom de Growing Least Squares (GLS). Nous proposons de représenter la géométrie décrite par un nuage de points via une primitive du second ordre ajustée par une minimisation aux moindres carrés, et cela à pour plusieurs échelles. Cette description est ensuite derivée analytiquement pour extraire de manière continue les structures les plus pertinentes à la fois en espace et en échelle. Nous montrons par plusieurs exemples et comparaisons que cette représentation et les outils associés définissent une solution efficace pour l'analyse des nuages de points à plusieurs échelles. Un défi intéressant est l'analyse d'objets 3D acquis dans le cadre de l'étude du patrimoine culturel. Dans cette thèse, nous nous étudions les données générées par l'acquisition des fragments des statues entourant par le passé le Phare d'Alexandrie, Septième Merveille du Monde. Plus précisément, nous nous intéressons au réassemblage d'objets fracturés en peu de fragments (une dizaine), mais avec de nombreuses parties manquantes ou fortement dégradées par l'action du temps. Nous proposons un formalisme pour la conception de systèmes d'assemblage virtuel semi-automatiques, permettant de combiner à la fois les connaissances des archéologues et la précision des algorithmes d'assemblage. Nous présentons deux systèmes basés sur cette conception, et nous montrons leur efficacité dans des cas concrets.