Thèses (M.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. [130]-146. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 58-67. Publ. aussi en version électronique.

En 2010, 130 enfants ont perdu la vie lors d’un accident sur les routes françaises. Une meilleure connaissance des mécanismes lésionnels lors d’un accident pourrait permettre d’améliorer leur sécurité. Si les modèles de mannequins de crash-test existants permettent d’obtenir certaines informations sur les niveaux d’effort subis localement et sur la cinématique, les modèles numériques par éléments finis peuvent fournir des informations complémentaires sur le comportement des organes internes. Or il n’existe actuellement que très peu de modèles numériques d’enfants. L’objectif de ce projet est de développer et évaluer un modèle éléments finis d’un enfant de 6 ans passager d’un véhicule (FEMOCS6). L’acquisition géométrique de ce modèle a été réalisée à partir d’images scanner d’enfants pour le tronc et la tête et de la mise à l’échelle de géométries d’adultes pour les membres. La géométrie maillée est composée d’environ 390 000 éléments triangulaires et 460 000 éléments tétraédriques. L’étude de la problématique de l’enfant nous a permis de définir certaines hypothèses de modélisation et de déterminer les propriétés mécaniques implémentées dans le modèle. Les propriétés matériaux proviennent en partie de travaux de caractérisation des tissus de l’enfant mais par manque de données la plupart des propriétés sont issues des valeurs de l’adulte. Le comportement mécanique du modèle a ensuite été évalué par la simulation d’essais décrits dans la littérature : impacts, compressions dynamiques et chocs avec utilisation d’un dispositif de retenue. Le modèle évalué pourra alors permettre d’étudier l’efficacité des différents dispositifs de retenue d’enfants existants. / 130 children died in the French roads in 2010. A better knowledge of the mechanisms of injuries could lead to an improvement of their safety. Crash test dummies provide data on the local forces and on kinematics but finite element models can provide further data on the mechanical behaviour of internal organs. However, few numerical models of children currently exist. The purpose of this project is to develop and assess a finite element whole-body model of a 6 year old child (FEMOCS6). The geometry of this model was provided by medical imaging data of children for the trunk and the head and by a scaling down of an adult geometry for the limbs. Meshed geometry is made up of about 390 000 tria elements and 460 000 tetra elements. The study of the specificities of children led to the definition of modelling hypotheses and of the mechanical properties. Material properties were partly provided by characterizations of paediatric tissues from literature but a lack of data led to the use of adult data for the most of the tissues. The mechanical behaviour of the model was assessed by the numerical simulations of paediatric tests from the literature: impacts, dynamical compression and sled tests with a restraint system. The model could allow to study efficiency of existing child restraint system.

L’étude des écoulements compressibles, notamment supersoniques, traversant les chambres de combustion de certains moteurs ramjet et scramjet, requiert la prise en compte de différents dispositifs complexes pour l’amélioration du processus de combustion et en particulier de leur stabilisation. La connaissance des interactions entre la turbulence, les effets de compressibilité, et les interaction fluide-solide dans ce type d’écoulement reste imparfaite. Ce travail de thèse est dédié à l’amélioration de notre compréhension de ce type d’écoulement dans un certain nombre de configurations canoniques par la biais de la simulation numérique directe. L’ensemble des simulations conduites s’appuie sur l’emploi d’un outil de simulation numérique haute fidélité : CREAMS (Compressible REActive Multi-species Solver) développé à l’Institut Pprime. Ce code de calcul met en oeuvre des schémas numériques d’ordre élevé : schéma Runge–Kutta d’ordre 3 pour l’intégration temporelle combiné à un schéma WENO d’ordre 7 et centré d’ordre 8 pour la discrétisation spatiale. Dans un premier temps, nous présentons une nouvelle méthode de frontières immergées pour le calcul d’écoulement d’un fluide visqueux compressible dans des géométries irrégulières. La méthode développée dans le cadre de cette thèse est basée sur la combinaison de l’approche appelée "Direct forcing" et celle de "Ghost-Point-Forcing". L’originalité de cette méthode réside dans sa capacité à simuler des écoulements subsoniques et supersoniques à différents nombres de Reynolds. L’examen de précision de cette méthode a permis d’établir un ordre supérieur à deux et sa robustesse est éprouvée par l’étude d’un bon nombre de cas tests. Dans un second temps, une configuration canonique idéalisée d’interaction choc-turbulence est étudiée pour mettre en lumière les mécanismes physiques fondamentaux caractéristiques du phénomène d’interaction entre une turbulence homogène isotrope et une onde de choc droite. Cette étude est complétée par une étude d’interaction choc-mélange scalaire pour étudier l’impact du choc normal sur le processus du mélange. Ce travail permet de mettre en place une base de données de résultats susceptibles d’être confrontés ultérieurement à des calculs basés sur l’emploi de modèles de turbulence. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’effet des propriétés de transport moléculaire, en particulier celles de la viscosité volumique, sur le développement d’une couche de mélange impactée par un choc oblique. Les simulations réalisées dans cette configuration ont permis d’étudier la validité de l’hypothèse de Stokes consistant à négliger l’effet de la viscosité volumique. / The study of compressible flows, especially supersonic, passing through the combustion chambers of ramjet and scramjet engines, requires the consideration of various complex devices for improving the combustion processand in particular its stabilization. Indeed, the knowledge of the interactions between turbulence, compressibility effects, and fluid-solid interactions in this type of flow still remains imperfect. This thesis is dedicated to improving our understanding of this type of flow in a number of canonical flow configurations through direct numerical simulation. All the simulations that have been conducted are based on the use of a high-precision numerical simulations tool, called CREAMS (Compressible REActive Multi-species Solver), developed at the Pprime Institute. This computational solver makes use of high precision numerical schemes: a 3rd order Runge–Kutta scheme for time integration combined with a 7th order WENO and 8th order centered scheme for spatial discretization. In a first step of this study, we present a new immersed boundary method for calculating the flow of compressible viscous fluids in irregular geometries. The method developed in this thesis is based on the combination of the "Directforcing" approach with the "Ghost-Point-Forcing" strategy. The originality of this method lies in its ability to simulate subsonic and supersonic flows at different Reynolds numbers. The accuracy of this method is found to be slightly larger than second order and its robustness is investigated by considering a large set of benchmarks. Ina second step, an idealized canonical configuration of shock-turbulence interaction is studied to highlight the fundamental physical mechanisms that are characteristic of the interaction between an isotropic homogeneous turbulence and a normal shock wave. This analysis is complemented by a scalar shock-mixing interaction study to investigate the impact of normal shock on the mixing process properties. Through this work, a database is made available. It can be used to assess and improve turbulence models. Finally, we investigated the effect of molecular transport properties, more specifically the volume viscosity, on the development of a mixture layer impacted by an oblique shock. The simulations performed in this configuration allow to scrutinize the validity of the Stokes hypothesis that is based on the neglection of the volume viscosity.

La présente thèse porte sur l‟étude du comportement d‟un cas particulier de touristes ayant vécu une expérience marquante lors de leur voyage. Il s‟agit des touristes ayant subi un choc culturel. Elle a pour objectif de déterminer les facteurs qui peuvent être à l‟origine ce choc des cultures. Elle se propose de mieux définir le concept et de comprendre comment l‟hospitalité touristique peut avoir un impact sur ce choc. A cette fin, nous avons eu recours à la triangulation des méthodes. 170 témoignages ont été collectés par la méthode de la netnographie, 12 récits de vie et 13 entretiens individuels ont été menés. Ils ont fait l‟objet d‟une analyse de contenu et ont ainsi permis de proposer une redéfinition du choc culturel et d‟identifier trois groupes de facteurs affectant l‟expérience du choc culturel: (1) l‟hospitalité touristique, (2) les facteurs individuels et (3) les facteurs situationnels. / This dissertation focuses on studying the behavior of a particular case of tourists who had a memorable experience during their trip. These are tourists who have suffered of a culture shock. It aims to identify factors that can cause a culture shock during the tourism experience. It aims to better define the concept of culture shock and how the tourism hospitality may impact it.To this end, we used the triangulation methods. 170 testimonies were collected through the netnography method, 12 life stories and 13 individual interviews were conducted. They have been analyzed by a content analysis and have contributed to propose a redefinition of culture shock and to identify three groups of factors affecting the experience of culture shock: (1) the tourism hospitality (2) individual factors and (3) situational factors.

Sous conditions de fort déséquilibre thermodynamique, les populations des états internes émettant dans le VUV et l’infrarouge ne suivent plus une distribution de Boltzmann mais sont contrôlés par des processus collisionels et radiatifs. Nous avons développé un nouveau modèle collisionel-radiatif (CR) comprenant les mécanismes d’excitation et d’ionisation par impact d’électrons et de particules lourdes, ainsi que les transitions radiatives. Une revue exhaustive des diverses données expérimentales et théoriques nous a conduit à sélectionner les formulations les plus appropriées. Les transitions radiatives on été traitées via le concept de facteur d’échappement, égal à 0 pour les transitions dans le VUV, et à 1 pour les transitions dans l’infrarouge, en accord avec les récents calculs de la littérature. Nous avons interfacé notre modèle CR avec un code d’écoulement et un code spectral en vue de prédire les luminances récemment mesurées dans le tube à choc EAST de la NASA. Nous avons choisi deux conditions représentatives d’une rentrée hypervéloce sur Terre: V∞=10.6 et 11.12 km/s, à pression p∞=13.3 Pa. Nous avons comparé les densités d’électrons prédites par le modèle d’écoulement avec celles extraites des caméras CCD et avons obtenu un excellent accord, validant de fait le modèle d’ionisation et nous permettant de déterminer la position du choc. Ensuite, nous avons comparé les profils de luminance prédits par le modèle CR mesurés dans le VUV et l’infrarouge avec les données expérimentales et avons obtenu un excellent accord. Nous avons ainsi montré que les collisions par impact de particules lourdes sont cruciales et doivent être déterminés précisément en vue de prédire le flux radiatif dans le VUV, lequel peut représenter 60% du flux total reçu par le vaisseau spatial lors de sa rentrée dans l’atmosphère terrestre. / Under nonequilibrium, the populations of the electronic states that strongly radiate in the VUV and IR are no longer governed by a Boltzmann distribution but rather by collisional and radiative processes. A new collisional-radiative (CR) model was developed including the key processes chief among them electron-impact excitation and ionization, heavy-particle impact excitation and bound-bound transitions. A comprehensive review of the available experimental and theoretical reaction rates governing these processes was undertaken to produce a reliable set of rates. The bound-bound radiative mechanisms were treated using the escape factor concept, set to zero for VUV lines and set to one for infrared lines, in accordance with literature results. The CR model was interfaced with the a flowfield solver and with a radiation code to predict the nonequilibrium VUV and IR radiation spectra very recently measured in the EAST facility at NASA Ames Research Center. Two shock-tube conditions representative of a Lunar return reentry trajectory were selected: V∞=10.6 and 11.12 km/s, both at p∞=13.3 Pa. The electron number density profiles inferred from experiments were compared with the prediction of the flowfield model, showing excellent agreement in trend and absolute magnitude for both freestream conditions, and thus validating the ionization model and providing a way to accurately locate the shock front in the CCD images. Then, the experimental intensity profiles were compared with the prediction of the CR model. Excellent agreement between predicted and measured intensity profiles was obtained for both freestream conditions, when adjusting the heavy-particle impact excitation rate constants of Park (1985), suggesting that the nonequilibrium peak intensities observed in the VUV and IR spectral ranges are controled by heavy-particle impact processes.

Le cold spray, procédé qui consiste en la projection de particules de poudre à haute vitesse sur un substrat solide, permet de réaliser des dépôts denses de tantale sur substrat de cuivre. Tout au long de la projection, les particules restent à l'état solide ce qui prévient toute pollution ou modification chimique indésirable comme l'oxydation. Le risque d'altération de la composition chimique est ainsi reporté sur d'autres étapes telles l'obtention des matériaux ou la conservation des poudres. Le tantale est particulièrement sensible à la présence d'oxygène et peut ainsi voir sa dureté augmenter même pour des très faibles taux. Cette étude s'intéresse donc aux conséquences d'une augmentation du taux d'oxygène dans les particules avant projection sur la qualité (adhérence, cohésion) du dépôt. Pour cela, des particules de poudres ont été enrichies en oxygène puis ont été analysés suivant différentes méthodes (DRX, microsonde de Castaing, MET, XPS, nanoindentation, …) afin de déterminer le type d'oxydation et le comportement mécanique des particules oxydés. Ensuite, la phénoménologie des particules à l'impact a été étudiée via l'observation de particules isolées adhérant au substrat après impact (splats), d'une part, et des dépôts, d'autre part. Les techniques d'analyses et les procédés utilisés pour caractériser leur déformation et leur adhérence sont le MEB, le MET, l'EBSD, un essai de rayure modifié, la structuration laser et un essai d'adhérence et de cohésion par choc laser (LASAT®). Enfin, une simulation numérique de la construction de dépôt a été réalisée selon les lois ensemblistes établies par la morphologie mathématique. L'influence de l'oxydation des poudres est représentée dans ce modèle via l'introduction du rebond des particules. / Cold gas dynamic process, namely Cold Spray, can be used to achieve fully-dense tantalum coatings onto a copper substrate due to spraying of powder particles at a high velocity. During spraying, the particles stay at the solid state, which prevents pollution and detrimental chemical modification such as oxidation. The risk for chemical damage therefore moves to other processing stages, primarily raw material production and powder storage. Tantalum is very sensitive to oxygen (for example, hardness increases even for low oxygen contents). In the present work, the consequences of the particle oxygen degree on coating quality are studied. Oxidized powder particles were analyzed using different methods (XRD, EPMA, TEM, XPS, nanoindentation, …) to characterize oxidation and particle mechanical properties. Particle impact phenomenology is studied from observation of splats, i.e. single deposited particles, and coatings. Analysis techniques and processes to describe splat deformation and adhesion are SEM, TEM, EBSD, modified scratch testing, laser structuring and LAser Shock Adhesion Test (LASAT®). In a final part, numerical simulation of coating build-up was developed using a mathematical morphology approach. Particle oxidation is involved in this simulation through the particle rebound phenomenon.

Une plaque métallique soumise à un choc (étain, quelques 10 GPa) se met en mouvement et subit divers endommagements comme l'écaillage ou l'éjection d'un nuage de particules. Deux principaux mécanismes sont à l'origine de ce nuage : la micro-éjection et le passage en fusion. La Vélocimétrie Hétérodyne (VH) est un diagnostic de mesure multi-vitesses résolue en temps. Son développement a été rendu possible dans les années 2000 ; sa conception, entièrement fibrée, permet une intégration aisée aux expériences de physique des chocs. L'objet de ce mémoire de doctorat est de qualifier les apports de la VH pour la caractérisation des nuages de particules hautement véloces (plusieurs km/s), notamment de ceux issus de la micro-éjection.Ce document propose un état de l'art des générateurs de choc, des diagnostics et des études (numériques ou expérimentales), associé à la physique de la micro-éjection métallique par des micro-stries. Une étude poussée du diagnostic VH est proposée. Elle conduit à la définition d'un spectrogramme temps-vitesse en unité de puissance collectée ainsi qu'une limite de détectivité du dispositif. Grâce à des modèles basés sur la physique de la diffusion, une limite en termes de diamètre de particules observables est annoncée. Un programme de simulation de spectrogramme VH est présenté dans le cadre des études de nuage. Enfin, plusieurs campagnes expérimentales sont exposées. Elles soulignent les capacités remarquables du moyen ; les résultats sont comparés aux simulations. La distribution en diamètre de particules a pu être inférée grâce au freinage imposé par le gaz ambiant ou d'autres gaz. Des analyses radiométriques sont également proposées. / A metal plate subjected to a shock (tin, 10 GPa) undergoes a variety of damages such as spalling or the ejection of a cloud of particles. Two main mechanisms govern the formation of this cloud: the micro-jetting and the melting under shock. Photonic Doppler Velocimetry (PDV, a.k.a. LDV or het-V) is a multi-velocity time-resolved diagnostic. Developed from 2000s, the all-fibered conception makes its integration easy into shock experiments. The purpose of the thesis is to describe the contributions of PDV systems for high-velocity (several km/s) particle-cloud characterization, including micro-jetting cloud.This document presents a state of the art of shock generators, diagnostics and (numerical and experimental) studies involved in metallic micro-machined jetting. An extensive study of a PDV system is proposed. It leads to the definition of time-velocity spectrogram, evaluated in units of collected power, and a detectivity limit. Thanks to photon diffusion models, a threshold in the diameter of the measured particle is estimated. A PDV spectrogram simulation program is shown within the framework of particle clouds. Finally, several experimental campaigns are exposed. They emphasize the remarkable capacities of the system; results are compared to simulations. Diameter distributions are inferred using slowing down in air or in other gazes. Some radiometric analyses are also performed.

Les ondes de choc de cisaillement dans les solides quasi-incompressibles sont un type d'onde peu exploré car accessible à la mesure seulement depuis une douzaine d'années. Elles se distinguent des ondes de choc de compression par leur non-linéarité cubique au lieu de quadratique. Les faibles vitesses des ondes de cisaillement, de l'ordre du mètre par seconde, permettent notamment d'atteindre des régimes assez fortement non linéaires sur de faibles distances, et de contrebalancer l'absorption relativement importante dans ces milieux. A notre connaissance, ces ondes ont été étudiées presque exclusivement en ondes planes. Or, la focalisation est un phénomène fondamental dans la physique des ondes et ses applications. C'est cette focalisation que l'on s'est attaché à étudier spécifiquement ici, tant du point de vue théorique et numérique, qu'expérimental. L'objectif était de mettre en évidence la focalisation des ondes de choc de cisaillement. Ce travail est en particulier motivé par son application potentielle en biomécanique. On a ici fait l'hypothèse que les ondes de choc de cisaillement pourraient jouer un rôle dans la formation de certaines lésions cérébrales suite à un traumatisme crânien, la géométrie du crâne induisant leur focalisation. Ces considérations nous ont conduits à dimensionner les phénomènes étudiés en conséquence, en termes de fréquence, d'amplitude et de géométrie. La focalisation a ainsi été montrée dans le cas d'un gel simulant un tissu biologique. Les comparaisons avec le modèle théorique et numérique se sont avérées favorables. Pour approfondir l'analyse de l'hypothèse, il resterait à prouver que ces ondes de choc peuvent induire des lésions. / Shear shock waves in quasi-incompressible soft solids have been observed experimentally only twelve years ago. They differ from compression shock waves because their nonlinearity is cubic instead of quadratic. Velocities of shear waves are small, of the order of the meter per second, and thus induce a strong nonlinear behavior over small distances. This allows to counter-balance the quite strong absorption in such media. To our knowledge, these shear shock waves have been studied only for plane waves. However, focusing is a fundamental phenomenon in the wave physics and its applications. This is why our objective is to investigate the focusing of shear waves theoretically, numerically, and experimentally. This work was in particular motivated by a potential application in biomechanics. We have hypothesized that shear shock waves could play a role in the formation of some traumatic brain injuries, the geometry of the skull producing the focusing effect. These hypotheses have governed our studies for the choice of the different parameters such as the frequency, the amplitude and the geometry. The focusing has been demonstrated in a biological tissue-mimicking gel. Comparisons with the theoretical and numerical model have shown a good agreement. Further studies should concern the possible formation of lesions by shear shock waves.