L'Interaction Fluide-Structure (IFS) décrit une classe très générale de problème physique, ce qui explique la nécessité de développer une méthode numérique capable de simuler le problème FSI. Pour cette raison, un solveur IFS est développé qui peut traiter un écoulement de fluide incompressible en interaction avec des structures différente: élastique ou rigide. Dans cet aspect, le solveur peut couvrir une large gamme d'applications.La méthode proposée est développée dans le cadre d'une formulation monolithique dans un contexte Eulérien. Cette méthode consiste à considérer un seul maillage et résoudre un seul système d'équations avec des propriétés matérielles différentes. La fonction distance permet de définir la position et l'interface de tous les objets à l'intérieur du domaine et de fournir les propriétés physiques pour chaque sous-domaine. L'adaptation de maillage anisotrope basé sur la variation de la fonction distance est ensuite appliquée pour assurer une capture précise des discontinuités à l'interface fluide-solide.La formulation monolithique est assurée par l'ajout d'un tenseur supplémentaire dans les équations de Navier-Stokes. Ce tenseur provient de la présence de la structure dans le fluide. Le système est résolu en utilisant une méthode élément fini et stabilisé suivant la formulation variationnelle multiéchelle. Cette formulation consiste à décomposer les champs de vitesse et pression en grande et petite échelles. La particularité de l'approche proposée réside dans l'enrichissement du tenseur de l'extra contraint.La première application est la simulation IFS avec un corps rigide. Le corps rigide est décrit en imposant une valeur nul du tenseur des déformations, et le mouvement est obtenu par la résolution du mouvement de corps rigide. Nous évaluons le comportement et la précision de la formulation proposée dans la simulation des exemples 2D et 3D. Les résultats sont comparés avec la littérature et montrent que la méthode développée est stable et précise.La seconde application est la simulation IFS avec un corps élastique. Dans ce cas, une équation supplémentaire est ajoutée au système précédent qui permet de résoudre le champ de déplacement. Et la contrainte de rigidité est remplacée par la loi de comportement du corps élastique. La déformation et le mouvement du corps élastique sont réalisés en résolvant l'équation de convection de la Level-Set. Nous illustrons la flexibilité de la formulation proposée par des exemples 2D.

La variété des structures colloïdales auto assemblées est principalement due à la présence d'interactions anisotropes. Nous présentons ici une méthode numérique pour étudier l'agrégation irréversible par patches de particules sphériques. Il s'agit d'une amélioration de la dynamique d'amas browniens prenant en compte les interactions par patches et les mouvements de rotation. Nous limitons notre étude aux particules à deux patches opposés de taille variable. Une interaction isotrope, faible, est également ajoutée pour modéliser une polymérisation par étape dans diverses conditions de solvant. Cet algorithme a été testé sur des chaînes isolées et nous avons retrouvé les propriétés statiques et dynamiques attendues. En jouant sur la balance entre la qualité du solvant et la taille des patches diverses morphologies hors-équilibres sont obtenues. Même dans la limite diluée, les collisions corrélées jouent un rôle important et une description de type Smoluchowski échoue.

Le comportement spécifique des Alliages à Mémoire de Forme (AMF) est dû à une transformation de phase appelée transformation martensitique. Cette transformation de phase peut être activée par des variations de température mais aussi par des chargements mécaniques. Si le comportement 1D de ces alliages est bien connu, la modélisation du comportement de ces alliages sous sollicitations multiaxiales complexes pose encore quelques problèmes.<br />Dans un premier temps, nous nous intéressons à la validation expérimentale directe d'une relation entre la fraction volumique de martensite et la déformation de transformation qui est utilisée dans de nombreux modèles. Pour cela des essais en traction-compression-torsion avec suivi de résistance électrique sur un AMF de type Cu-Al-Be sont réalisés. Ces essais mettent en évidence les effets de la texture de ces alliages sur leur comportement.<br />Par ailleurs, des simulations numériques de type micro-macro sont réalisées, pour différentes textures et pour différents trajets multiaxiaux proportionnels. Ces simulations complètent, d'une part, la base de données expérimentale, et permettent, d'autre part, de valider les hypothèses retenues pour la modélisation.<br />Enfin, des essais anisothermes de traction compression torsion proportionnels et non proportionnels sont réalisés sur un AMF de type Ni-Ti. Une surface de début de réorientation de phase R est ainsi mise en évidence.

Les microsystèmes électrostatiques se sont développés depuis une vingtaine d'année et ont constitué un événement marquant du développement technologique. La présentation abordera les travaux effectués en termes de modélisation du micro usinage de volume et en termes de développement technologique relatif au micro usinage de surface. Elle s'appuiera également sur des exemples de microsystèmes opto électro mécaniques à vocation applicatives tant dans le domaine des télécommunications que des applications militaires. Les prospectives de recherches aborderont les nouveaux développements relatifs à l'introduction des matériaux polymères dans les technologies silicium tout en restant dans le cadre des applications à l'optique.

L'étude du déplacement des parois de domaine magnétique au moyen d'un courant électrique a généré beaucoup d'intérêt ces dernières années, notamment depuis que de nouveaux dispositifs mémoire utilisant cet effet ont été proposés. Récemment, un nouveau mécanisme capable de propager les parois sous courant avec une grande efficacité a été mis en évidence dans des matériaux tri-couches à anisotropie perpendiculaire et fort couplage spin-orbite. La compréhension de ce mécanisme, appelé couple de spin-orbite (SOT), reste néanmoins très incomplète, tout comme celle de son effet sur la propagation des parois de domaines. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier l'influence du SOT sur la dynamique des parois de domaine. Pour cela, j'ai étudié expérimentalement le déplacement de parois sous l'action d'un courant et d'un champ magnétique dans une tri-couche de Pt/Co/AlOx. Un champ magnétique planaire, statique, a été utilisé pour modifier la structure interne de la paroi et ainsi moduler l'action du SOT sur la dynamique de celle-ci. Ce travail a permis de mettre en évidence l'existence d'un effet " chiral " dans la dynamique de la paroi pour ce type de système. Pour expliquer ce résultat, nous avons proposé une nouvelle structure de paroi dans les matériaux ultra-minces à anisotropie perpendiculaire, résultant de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya. En combinant des calculs analytiques et des simulations micro-magnétiques, la dynamique de telles parois a été étudiée et comparée aux résultats expérimentaux. Les désaccords que nous avons alors pu observer nous ont amené à proposer une seconde interprétation basée sur la présence d'un mécanisme d'amortissement anisotrope.

L'objectif de cette thèse est de proposer une modélisation du rayonnement thermique dans un réacteur nucléaire au cours d'un accident grave conduisant à la dégradation des crayons combustibles. Un réacteur étant refroidi par de l'eau, le rayonnement se fait en présence de vapeur et de gouttes d'eau. Le modèle de rayonnement est construit à partir d'expériences de dégradation de crayons fossiles, réalisées sur le réacteur expérimental PHEBUS.Les configurations géométriques accidentelles de grappes de 21 crayons dégradés ont pu être caractérisées en trois dimensions à partir d'images issues de tomographies. Les propriétés radiatives homogénéisées de ces configurations ont été complètement caractérisées à partir de la fonction de distribution cumulée d'extinction Gext et de la fonction de phase de diffusion p. Ces fonctions ont été précisément calculées par une méthode de Monte Carlo. Gext, qui n'est pas de type exponentiel, ne suit pas la loi de Beer. p dépend fortement des angles d'incidence et de diffusion. A partir de l'équation de transfert radiatif généralisée à des milieux non Beeriens, introduite par Taine et al., un tenseur des conductivités radiatives a été déterminé par une méthode de perturbations, en supposant dans une première étape la phase fluide transparente. Les conductivités radiatives axiales et radiales ont été exprimées avec précision en fonction de la porosité, de la surface spécifique et de l'absorptivité locale du milieu poreux. Dans une deuxième étape, une équation de transfert radiatif à trois températures a été établie. Dans ce modèle, les effets de la phase fluide sur le rayonnement ont été couplés aux effets des parois. Les propriétés radiatives de la vapeur et des gouttes d'eau sont calculées en utilisant respectivement le modèle CK et la théorie de Mie, dans les conditions thermohydrauliques typiques des accidents de réacteur. Les flux radiatifs s'expriment en fonction de flux conductifs couplés caractérisés par des conductivités radiatives associées aux champs de températures de chaque phase. Les puissances volumiques échangées par rayonnement entre les phases sont aussi calculées à partir de ce modèle. / This work aims at modelling thermal radiation in a nuclear reactor, in the course of a severe accident leading to its degradation. Because the reactor coolant is water, radiative heat transfer occurs in presence of steam and water droplets. The 3D geometry of a fuel bundle with 21 damaged rods has been characterized from tomography images. The degradation of the rods has been simulated in the experimental small-scale facility PHEBUS.The homogenized radiative properties of the considered configurations with a transparent fluid phase have been completely characterized by both the extinction cumulated distribution function Gext and the scattering phase functions p. Gext strongly differs from the exponential function associated with the Beer law and p strongly depends on both the incidence and the scattering directions. By using the radiative transfer equation generalized for non Beerian porous media by Taine et al. the radiative conductivity tensor has been first determined with a transparent fluid phase, by a numerical perturbation method. Only the diagonal radial and axial components of this tensor are not equal to zero. They have been fitted by a simple law only depending on the porosity, the specific area and the wall absorptivity. In a second step, a radiative transfer equation based on three temperatures is established. This model takes into account a semi transparent fluid phase by coupling the radiative properties of fluid and solid phases. The radiative properties of water steam and droplets are calculated respectively with the CK approach and Mie theory, in typical thermal hydraulics conditions of reactor accidents. The radiative fluxes verify the Fourier law and are characterized by radiative coupled conductivity tensors associated with the temperatures of each phase. The radiative powers exchanged between phases per unit volume are also calculated from this model.

La finalité de cette thèse est de fournir une meilleure compréhension de la turbulence homogène anisotrope soumise à un forçage barocline. À cette fin, nous utilisons une approche numérique pseudo-spectrale basée sur la transformation de Rogallo. L’utilisation d’un tel algorithme nous permet de considérer une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d’un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu’à faible nombre de Richardson, c’est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire. Un écoulement homogène dans les trois directions de l’espace. Plusieurs simulations numériques directes (DNS) sont effectuées dans un contexte assez proche des écoulements géophysiques que l’on retrouve entre autre dans la stratosphère, où un gradient constant de vitesse zonale vient se coupler à un gradient constant de densité dans un repère tournant. Les résultats obtenus s’articulent autour de quatre axes principaux. Tout d’abord, une étude linéaire à temps fini est présentée en vue de compléter les résultats existants sur la dynamique linéaire asymptotique. La solution linéaire est décomposée en une partie ‘onde’ (qui se propage) et une partie dite ‘vortex’(stationnaire). L’étude analytique est complétée par un modèle synthétique de turbulence (Kinematic Simulation ou KS) basé sur la théorie de la distorsion rapide(RDT). Nous montrons qu’une distribution initiale non nulle de vorticité potentielle linéarisée peut conduire à d’importantes croissances transitoires. Ce résultat pourrait s’étendre à des modélisations du climat ou météorologique, où la distribution initiale de vorticité potentielle semble avoir autant d’importance que la distribution initiale de température ou de vitesse. Ensuite, nous consacrons une partie de notre étude à l’analyse paramétrique et à la stabilité de l’écoulement. Plusieurs DNS sont effectuées pour différents taux de rotation et stratification. Le diagramme de stabilité obtenu montre que pour de faibles taux de rotation, la limite de stabilité est identique à celle connue des écoulements sans rotation. À plus faible nombre de Rossby — lorsque la baroclinicité devient importante — la limite linéaire de stabilité Ri = 1 relative à l’instabilité symétrique est confirmée. La coexistance de l’instabilité barocline avec l’instabilité symétrique est également clarifiée. Une analyse énergétique détaillée mène à la conclusion suivante : la stratification doit être suffisamment importante (Ri ' 1) pour que l’instabilité barocline soit dominante i.e. que la conversion d’énergie potentielle soit la source principale d’énergie cinétique turbulente. Dans le cas contraire, l’instabilité symétrique — qui tire son énergie de l’énergie cinétique de l’écoulement moyen et non de son énergie potentielle — domine la dynamique de l’écoulement. Le troisième axe d’étude concerne la turbulence à proprement parler. En conséquence de l’ajustement géostrophique, le vent thermique force la turbulence d’une manière naturelle, en opposition à d’autres méthodes de forçage stochastique. L’émergence de structures dans le contexte barocline est approfondie. Des statistiques Euleriennes sont présentées afin de fournir une caractérisation fine de l’anisotropie de l’écoulement. Enfin, nous étendons notre étude à la caractérisation de la vorticité potentielle turbulente. Les fonctions de probabilité de la vorticité potentielle d’Ertel montrent que des anomalies sont présentes dans les configurations instables. En particulier, une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d’un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu’à faible nombre de Richardson, c’est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire. / The main objective of this thesis is to provide a better understandingof homogeneous turbulence dynamics under an external baroclinic forcing.To achieve this goal, we use a pseudo-spectral code based on the Rogallo transformation.The use of such an algorithm allows to assume homegeneity in the threespatial directions. Direct Numerical Simulations (DNS) are done in a context representativeof geophysical baroclinic flows in the middle atmosphere: superpositionof a uniform mean zonal flow with stable vertical stratification and frame rotation.The results we obtained are then presented along four axes.First, a finite-time linear analysis is done to complete previous asymptotic results.The linearized flow is decomposed into a propagating (wave) and stationary (vortex)part. The analytical work is completed by a Kinematic Simulation (KS) modelbased on Rapid Distortion Theory (RDT). It is shown that the linearized potentialvorticity mode can produce dramatic transient growth of the kinetic energy if nonzeroinitially. The consequence of such a result is then of capital interest in climatemodelling, where the initial distribution of potential vorticity seems to have moreimportance than other eulerian quantities (temperature or velocity).The second axis is dedicated to a parametric analysis of the flow stability. SeveralDNS are done for different rotation and stratification rates. The derived stabilitydiagram shows that at low rotation rates, the stability bound for purely shearedstratifiedflows is recovered. At higher rotation rates — when baroclinicity is dominant— the linear bound for the so-called symmetric instability is confirmed. Thecoexistence of baroclinic and symmetric instabilies is also clarified. A complete energeticanalysis leads to the conclusion that stratification must be sufficiently highto enhance potential energy release through baroclinic instability. If not, symmetricinstability — driving its energy from the kinetic energy of the mean flow and notfrom the potential energy of the mean flow — is found to dominate the dynamics.The third axis is devoted to a characterisation of homogeneous turbulence submittedto an external baroclinic forcing. As coming from the geostrophic adjustment,the thermal shear allows an organic forcing of turbulence, in opposition to ad-hocarticificial forcing. The structures associated with the simultaneous presence of rotation,stratification and shear are investigated. Eulerian statistics are gathered togive a sharp characterisation of the spatial anisotropy of the flow.Finally, we open our work to the study of turbulent potential vorticity. Probabilitydensity functions of Ertel’s potential vorticity show that potential vorticityanomalies are present in unstable configurations. In particular, an asymmetry ofthe probability density functions toward negative events is observed. An attemptto link potential vorticity dynamics with scalar mixing in baroclinic flows is donethrough joint probability functions analysis.

The paper treats the theory of thin coated plates under a variety of load and deposition conditions. In addition to some bending problems caused by external load the so called Stoney-equation is considered.

Résumé : Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés à différentes propriétés de transport électrique, thermique et thermoélectrique. En particulier, nous avons mis en évidence les effets Righi-Leduc anomal et planaire qui sont les équivalents thermiques des effets Hall anomal et planaire. Ces effets doivent impérativement être considérés dans l’interprétation des mesures d’effet Seebeck de Spin.Nous avons mis à profit les techniques développées dans le cadre de cette étude pour étudier l’effet Nernst dans InSb. Nous avons utilsé un modèle de distribution de porteur pour expliquer les non-linéarités de celui-ci à des champs magnétiques proches de 1T.Nous avons construit une expérience de résonance ferromagnétique dont le but sera d’étudier les implications des effets thermique et thermoélectrique dans les expérience de pompage de spin. Enfin, nous nous sommes intéréssés au transport électrique en géométrie Corbino. La géométrie Corbino est celle d’un disque dans laquelle il n’existe aucun bord libre ou des charges peuvent s’accumuler. Cela se traduit par l’apparition d’un courant de Hall ortho-radial dont la conséquence est l’augmentation de la résistance du disque. Nous avons mis en évidence une augmentation de résistance en géométrie Corbino dans CoGd et CoTb dont l’origine est l’effet Hall anomale. Bien que cet effet ne soit pas dissipatif, il a donné naissance à un courant dissipatif transverse. Nous avons également vu que cet effet entre en compétition avec la magnétorésistance anisotrope dans le permalloy.Du fait de la similitude entre l’effet Hall anomal et l’effet Hall de spin, on s’attend dans le platine à l’existence d’un fort courant de spin orthoradial sans possibilités d’accumulations dont la mise en évidence expérimentale fera l’objet de travaux futurs. / Abstract: During this PhD we studied different electric, thermal and thermoelectric properties. For instance, we characterized the anomalous and planar Righi-Leduc effects which are the thermal equivalent of the anomalous and planar Hall effects. These effect have to be taken into account when interpreting spin Seebeck measurements.We used the technics that we developped during this study to look at the Nernst effect in InSb. We developped, a carrier mobility distribution model to explain its non-linearity at fields around 1T.We built a ferromagnetic resonance experiment in order to study the impact of thermal and thermoelectric properties in spin pumping effect.Lastly, we studied electric transport in the Corbino geometry. Corbino geometry is the one of a disc where there are no free boundaries where electric charges can accumulate. This causes the apparition of an orthoradial Hall current which consequence is the increase of resistance of the disc. We showed an increase of resistance in the Corbino geometry in CoGd and CoTb originating from anomalous Hall effect. Despite the anomalous Hall effect does not dissipate, it produces an orthoradial current which dissipates. We also found in permalloy that this increase of resistance is counterbalanced by a decrease of resistance due to the anisotropic magnetoresistance.The similarity between anomalous Hall effect and spin Hall effect which share a common microscopic origin implies that we expect in platinum the apparition of an orthoradial spin current without possibility for the charges to accumulateition. This current should dissipate just the way it does for the anomalous Hall effect.The study of this spin current will be the topic of a futur study.

Les ouvrages de génie civil, imposants et uniques, sont majoritairement construits en béton armé ou précontraint. La durabilité, l'étanchéité et la sûreté sont primordiales lorsqu'il s'agit d'évaluer la performance d'un ouvrage. La fissuration est un phénomène majeur qui influence le comportement des ouvrages sous diverses sollicitations en terme de durabilité et de tenue structurale. Le développement de lois de comportement capables de décrire de manière robuste et efficace la réponse des matériaux quasi-fragiles sous sollicitations complexes représente encore aujourd'hui un paradigme qui suscite de nombreux travaux au sein de la communauté scientifique. L'objectif principal de ces travaux est le développement d'un modèle numérique capable de représenter explicitement la fissuration des éléments de structure en béton armé. La dégradation des structures en béton armé, caractérisée par un réseau de fissures anisotrope, est décrite par un modèle d'endommagement anisotrope fondé sur des fissures orientées. La cinématique du modèle est enrichie par un saut de déplacement de manière à représenter explicitement le développement de fissures dans le matériau. Ce saut de déplacement est identifié comme l'ouverture de fissure. Le modèle développé est validé sur des structures en béton présentant des mécanismes de ruine en mode I et mode mixte. Les performances du modèle sont illustrées via la simulation de structures en béton armé comme un voile en cisaillement soumis a un chargement cyclique. / Civil engineering buildings, massive and unique, are mostly made of reinforced or prestressed concrete. Sustainability, tightness and safety are the major pillars of a building's performance. Cracking is a major phenomenon which impacts the buildings' behaviour under different loadings in terms of sustainability and structural capacity. Development of numerical models which describe accurately the response of quasi-brittle materials under complex loading remains an important research topic for the scientific community. The objective of this work is the development of a numerical model which represents explicitly cracking of reinforced concrete structures. Concrete and reinforced concrete degradation process, characterised by the appearance of several anisotropic crack families, is described by means of an anisotropic damage model accounting for oriented crack families. The kinematics of this model is enriched with a displacement jump in order to reproduce the development of cracks in the material during loading. This displacement jump is identified as the crack opening. The developed model is validated on simulations of plain concrete structures exhibiting mode I as well as mixed-mode failure. The performances of the enriched model are shown by the simulation of reinforced concrete structures such as a shear wall submitted to cyclic loading.