La fécondation avec micro-injection du spermatozoïde est une technique d'aide médicale à la procréation. Afin de faciliter la tâche des médecins et d'augmenter le taux de réussite de cette technique (30 %), il est nécessaire d'automatiser certaines étapes du processus. Nous proposons de réaliser le transfert automatique de cellule. Les cellules se déplacent en milieu biologique dans un microcanal qui alimente les zones de travail. Elles sont poussées par une particule ferromagnétique, appelée pousseur, de taille des cellules et qui suit les mouvements d'un aimant disposé à l'extérieur du canal. Les travaux présentés dans cette thèse exposent la modélisation complète du comportement dynamique du pousseur. Cette modélisation est décomposée en trois blocs fonction qui déterminent successivement la valeur de l'aimantation interne, les efforts subis et la trajectoire du pousseur. L'intérêt de cette modélisation est que nous pouvons reproduire la trajectoire d'un objet ferromagnétique plan en fonction des variations du champ magnétique environnant. Le fait de réduire le champ d'application de la modélisation à des objets plan nous permet d'obtenir un résultat répondant à nos critères d'utilisation dans un temps de calcul nettement inférieur à celui d'une application telle que Flux3DR. L'utilisation du modèle a mis en évidence l'influence des caractéristiques géométrique et magnétique des éléments actifs sur le comportement général du pousseur. Le dispositif expériemental développé a permis de déplacer des billes en verre de 200 micromètres de diamètre en mode télé opéré et en boucle ouverte ainsi que des ovocytes humains de 150 micromètres de diamètre en mode télé opéré.

Ce travail de thèse a pour but de contribuer à l'étude du comportement thermomécanique des matériaux métalliques soumis à un impact balistique. Des études expérimentales, analytiques et numériques ont été réalisées pour analyser en détail le processus de perforation. Deux matériaux ont été étudiés au cours de ce travail : un acier doux ES et un acier IF. Dans un premier temps, des essais de caractérisation mécanique (traction et compression quasi-statique et dynamique) ont été réalisés en vue de la modélisation du comportement mécanique des matériaux étudiés. Les résultats montrent que l'acier doux ES et l'acier IF sont très sensibles à la vitesse de déformation. Deux modèles constitutifs, l'un empirique (Johnson-Cook) et l'autre semi-physique (Rusinek-Klepaczko) ont été utilisés pour modéliser le comportement thermoviscoplastique des matériaux. Une identification complète des constantes définissant les deux modèles a été réalisée pour chaque matériau en vue de l'implémentation des lois dans un code éléments finis pour la simulation numérique des essais d'impact et de perforation. Le comportement à l'impact des matériaux a ensuite été étudié. Les essais d'impact et de perforation ont été réalisés à l'aide d'un canon à gaz. L'influence de la géométrie du projectile, des propriétés mécaniques du matériau le constituant, de l'épaisseur de la cible et de sa configuration (sandwich ou monolithique) sur le processus de perforation a été analysée. Les résultats montrent que le mode de rupture, la limite balistique et la capacité d'absorption d'énergie de la cible métallique sont fortement liés à la forme du projectile utilisé. Il a été montré que les cibles métalliques monolithiques résistent mieux à la perforation que les configurations sandwichs (épaisseur totale inférieure ou égale à 4 mm). En outre, il a été trouvé que la limite balistique de la cible est fortement influencée par la rigidité du projectile utilisé. Enfin un modèle EF 3D a été développé permettant de simuler le comportement mécanique des cibles métalliques soumises à l'impact et à la perforation. Les résultats issus des prévisions numériques ont été comparés aux résultats expérimentaux. Il a été observé de façon globale un bon accord entre les prévisions numériques et l'expérience notamment en termes de courbes balistiques, d'énergie absorbée, de modes de rupture et de temps de rupture pour chaque type de projectile. Les résultats numériques montrent l'importance d'une description précise du comportement des matériaux dans les conditions dynamiques basée sur des expériences de laboratoire incluant les effets d'adoucissement thermique, d'écrouissage et de sensibilité à la vitesse de déformation, dans la modélisation numérique de processus physiques / This thesis aims to contribute to the study of the thermo-mechanical behaviour of metallic materials subjected to ballistic impact. Experimental, analytical and numerical studies were performed to analyze in details the process of perforation. Two materials have been investigated in this work : mild steel ES and IF steel. As a first step, mechanical characterization tests (tensile and compression tests under quasi-static and dynamic conditions) As have been made towards to modeling the mechanical behaviour of the materials studied. The results show that mild steel ES and IF steel are highly susceptible to the strain rate. Two constitutive equations, one empirical (Johnson-Cook) and other semi-physical (Rusinek-Klepaczko) were used to model the thermoviscoplastic behaviour of materials. A complete identification of constants defining the two models was carried out for each material in order to implements the constitutive laws into a finite element code for the numerical simulation of impact and perforation tests. The behaviour of materials under impact was then examined. The effect of the projectile shape, the mechanical properties of the projectile material, the target thickness and it is configuration (monolithic or sandwich) on the perforation process was analyzed. The results show that the failure mode, the ballistic limit and the energy absorption power of the metal target are strongly related to the shape of the projectile used. It has been shown that the monolithic targets plates are more strong to be perforate than the sandwich configurations (total thickness less than or equal to 4 mm). In addition, it was found that the ballistic limit of the target is strongly influenced by the rigidity of the projectile used. Finally, a 3D FE model was developed to simulate the mechanical behaviour of metal targets subjected to ballistic impact. The results from the numerical predictions were compared with experiments. It has been observed globally a good agreement between the numerical predictions and experiments especially in terms of ballistic curves, energy absorbed, failure modes and failure time for each kind of projectile. The numerical results show the importance of an accurate description of materials behaviour under dynamic conditions based on laboratory experiments including thermal softening effects, strain hardening and strain rate sensitivity in numerical modeling of physical processes

Ce travail de thèse propose une approche dynamique pour les structures périodiques et l'application à la modélisation d'un pneumatique. Les propriétés statiques et dynamiques des matériaux constituants du pneu sont mesurées. Des modèles spécifiques d'homogénéisation sont aussi utilisés pour déterminer les caractéristiques équivalentes. Les fonctions de réponse en fréquence sont mesurées à plusieurs endroits sur le pneumatique dans les deux cas de force d'excitation : sur la bande de roulement et sur le flanc. La théorie dynamique utilisant la périodicité des structures est présentée. On propose une transformation en repère cartésien pour les structures ayant la périodicité dans un repère non-cartésien. L'utilisation de cette transformation dans le pneumatique assure les conditions de périodicité dans l'exploitation des matrices des cellules. Les mobilités à plusieurs points du pneu sont calculées et comparées avec les mesures. Ce travail permet d'une part l'étude dynamique d'un pneumatique à haute fréquence et d'autre part l'étude paramétrique de l'influence des propriétés de matériaux et de la pression interne dans le pneu.

Devant la dégradation plus rapide que prévue des voies ferrées ballastées aux grandes vitesses, la SNCF a engagé des recherches en collaboration avec le LCPC. L'objectif était de pouvoir indiquer, en fonction de la vitesse et de la nature du sol, le tassement associé de la voie ferrée ballastée. Le travail s'est déroulé en deux parties : la première ([ALSHAER 2005]), consistait à rechercher une loi de tassement expérimentale en fonction de l'accélération présente dans la voie ; la seconde (notre thèse) avait pour but d'élaborer un modèle de voie dynamique permettant, en fonction de la vitesse et de la nature du sol, de donner la valeur de l'accélération verticale maximale. Nous avons développé des approches dynamiques d'abord semi-analytiques linéaires multi-couches, puis numériques non-linéaires (développements dans le code CESAR-LCPC). En comparant leurs résultats aux mesures expérimentales, on a pu sélectionner les lois de comportement adaptées, et un modèle de voie ferrée.

Les palettes sont très largement utilisées pour le transport, le stockage et la manutention de marchandises. Une palette chargée de bouteilles d'eau (emballage tertiaire) est constituée : d'une palette en bois, des packs (emballages secondaires) contenant un ensemble de 6 bouteilles d'eau (emballages primaires) enveloppés par un film plastique, des intercalaires en carton ondulé, et d'une housse plastique rétractable ou étirable pour le maintien et la protection de la marchandise palettisée. L'objectif général de cette thèse est de modéliser et de simuler le comportement statique et dynamique d'une palette durant le transport routier à l'aide du logiciel Abaqus. La simulation détaillée des bouteilles, des packs et des intercalaires constituants la palette est très fastidieuse et complexe à mettre en œuvre. Nous proposons de réaliser l'homogénéisation sur les packs et les intercalaires pour diminuer largement le temps de préparation des géométries et des maillages, ainsi que le temps CPU. Un modèle d'homogénéisation de l'intercalaire en carton ondulé est proposé. Il consiste à calculer les rigidités globales pour une plaque homogène équivalente. Ce modèle d'homogénéisation analytique permet de calculer rapidement et correctement ces rigidités globales et leurs couplages. Le comportement suivant l'épaisseur de l'intercalaire a beaucoup d'influence sur le glissement des packs. Nous avons donc développé un modèle solide en trois couches pour prendre compte le comportement élasto-plastique suivant l'épaisseur. Le pack de 6 bouteilles d'eau a été homogénéisé en caractérisant son comportement global par des essais expérimentaux et des simulations par la méthode des éléments finis. Le remplacement des packs par des solides homogènes de forme simplifiée permet de diminuer largement le nombre d'éléments et d'éviter le traitement du contact bouteille-bouteille et bouteille-film. De nombreux essais expérimentaux et simulations numériques avec nos modèles d'homogénéisation ont été réalisés pour étudier le comportement statique et dynamique de palettes chargées de bouteilles d'eau. Les résultats obtenus par les essais expérimentaux et les simulations numériques sont comparés pour valider nos modèles d'homogénéisation. / Pallet systems are widely used for the transport, storage, stacking and handling of goods. A pallet charged with bottles of water (tertiary packaging) is composed of: a wooden pallet, packs (secondary packaging) containing a set of 6 bottles of water (primary packaging) wrapped with a plastic film, the cardboard sheet insert, and a plastic film for the maintenance and protection of the palletized goods. The aim of this thesis is to model and to simulate the static and dynamic behaviors of a charged pallet during the transport using the Abaqus software. The detailed simulation of the bottles, the packs and the cardboard sheet inserts constituting the pallet is very tedious and complex. We propose to homogenize the packs and cardboard inserts to largely reduce the time for the preparation of geometries and meshes, as well as the CPU time. A homogenization model for the cardboard inserts is proposed. It consists in calculating the global stiffness of the equivalent homogeneous plate. This analytical homogenization model allows calculating these global rigidities and their couplings quickly and correctly. The behavior in the thickness direction of the cardboard has a great influence on the sliding of the packs. We have developed a three layers solid model to take into account the elasto-plastic behavior through the thickness. The pack of 6 bottles of water is homogenized by characterizing its global behavior by experimental measurements and simulations with the finite element method. Replacing the packs by a simplified homogeneous solid permit to greatly reduce the number of elements and avoid the contact treatment between bottle-bottle and bottle-film. Many experimental tests and numerical simulations using our homogenization models have been achieved to study the static and dynamic behaviors of pallets. The results obtained by experimental tests and numerical simulations are compared to validate our homogenization models.

Le principe de la maintenance conditionnelle consiste à évaluer en permanence l’intégrité des machines industrielles, à partir des mesures et de traitements du signal appropriés, afin d’intervenir uniquement au moment le plus opportun. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de développer une technique de détection, aussi précoce que possible, de l’amorce de dégradation lente d’une structure vibrante, telle que les fissures de fatigue, pour éviter toute défaillance inattendue des machines. Notre approche se base sur les données mesurées à l’aide de deux moyens expérimentaux mis en œuvre au laboratoire. L’étude a démarré avec une poutre encastrée-libre sollicitée en flexion et s’est poursuivie sur un banc d’essais plus représentatif de la problématique industrielle. Dans les deux cas, l'endommagement de la structure a été naturel et progressif, depuis un état réputé sain jusqu’à l’apparition de la fissure. Le comportement dynamique a été suivi à l’aide d’accéléromètres. Ainsi, afin d’identifier des indicateurs sensibles au phénomène d’endommagement, plusieurs pistes ont été envisagées. Nous avons examiné les indicateurs scalaires descriptifs des signaux mesurés, qui sont les moments statistiques, fréquences moyennes et médianes. Ces indicateurs sont utilisés avec succès pour la détection de défaut sur les éléments de machines tournantes, mais ils se sont montrés peu sensibles pour détecter des défaillances structurales. Les fréquences propres identifiées automatiquement à partir des signaux temporels acquis sous chargements opérationnels ont également été étudiées. Ensuite, nous nous sommes orientés vers une approche plus globale pour surveiller les changements spectraux causés par l’apparition d’un défaut sur une structure. En se basant sur les matrices spectrales, fonctions et matrices de transmissibilité, des indicateurs multi-capteurs ont été développés et testés pour les deux cas d’étude. Une Analyse en Composantes Principales a permis d’identifier, entre les indicateurs analysés, ceux qui sont les plus pertinents pour la surveillance de l’intégrité des structures. / The principle of the conditional maintenance consists in continuously evaluating the health state of industrial machines, from measurements and appropriate signal processing, in order to carry out maintenance operations only at the most convenient time. In this context, the objective of this PhD thesis is to implement a technique for detecting as soon as possible slow damage initiation in vibrating structures, such as the fatigue cracks, to avoid the unexpected failure of machines. We have conducted empirical investigations with two experimental setups built in the laboratory. The study started with a cantilever beam subjected to dynamic bending loads, and continued on a test-bench more representative of the industrial problem. In both cases, the structure was naturally and progressively damaged, from a state considered to be healthy, until the crack occurs. Its dynamical behavior was monitored using accelerometers. Therefore, in order to identify damage-sensitive features, many leads were investigated. We have examined the features describing the measured signals waveform, which are statistical moments, mean frequencies and median frequencies. They are successfully used for fault detection on rotating machinery, but they did not demonstrate enough sensitiveness to detect structural damage. The natural frequencies automatically identified from the measured time signals under operational loads have also been studied. Thus, we oriented our work towards a more global approach to monitor the spectral changes caused by the appearance of damage on a structure. Based on the spectral matrices and transmissibility quantities, multi-sensor indicators were developed and tested for the two cases of study. A Principal Component Analysis allowed us to identify, between the surveyed features, the ones most relevant for monitoring the integrity of structures.

L ’intégration de systèmes mécaniques complexes soumis à des environnements vibratoirescontraignants nécessite de tenir compte, dès la conception, des sollicitations réelles d’usage.La thèse montre que l’environnement vibratoire ainsi que la durée d’exposition dépendent del’utilisation qui sera faite d’un système tout au long de son cycle de vie. L’ évaluation de sonl’utilisation repose sur l’ évolution conjointe du comportement des utilisateurs et du développementde la technologie du système.L’analyse de la sûreté de fonctionnement d’un système mécanique complexe a permis de considérerle système dans son ensemble et d’investiguer ainsi de fac¸on approfondie le comportementdynamique de composants critiques. La modélisation simple de systèmes mécaniques précisequalitativement et quantitativement les comportements dynamiques principaux et simule lessollicitations vibratoires auxquelles un composant critique identifié est soumis. Sur cette base, lamodélisation du comportement d’un composant mécanique permet d’ évaluer le dommage par fatiguequ’il subira. Cet indicateur apporte au concepteur une aide aux choix de la géométrie du composant.Enfin, l’environnement climatique ainsi que des impacts li ´es au fonctionnement interne du système,ont ´ et ´e pris en compte par la réalisation d’essais vibro-climatiques en fonctionnement. Ces étudesont été menées sur un système à pile à combustible intégré à un véhicule électrique à hydrogène.Elles ont permis de mettre au point un cheminement comme appui `a la conception des systèmesmécaniques complexes.Le cheminement pluridisciplinaire propos´e dans cette thèse repose donc sur l’interaction de travauxde recherche issus principalement des domaines de la sociologie, de la sûreté de fonctionnement etde la mécanique. / The integration of complex mechanical systems subject to stringent vibration environments requiresconsideration of the real conditions of use from the beginning of the design phase.The thesis shows that the vibration environment and the duration of exposure to this environmentdepend on the use of the system throughout its life cycle. The evaluation of its use is based on thejoint evolution of both the user behavior and the system technology development.The dependability analysis of a complex mechanical system leads to consider the system as a wholeand thus to investigate in depth the dynamic behavior of critical components. A basic modeling ofthe mechanical system allows to qualitatively and quantitatively identify key dynamic behaviors anddetermines the vibration loads to which selected critical components are subjected. On this basis,modeling the behavior of a mechanical component leads to assess its fatigue damage. This indicatorhelps the designer in his choice of component geometry.Finally, the climatic environment as well as effects related to the internal functioning of the system,have been taken into account by performing vibro-climatic tests of on an operating systems, i.e. a fuelcell system integrated into a hydrogen electric vehicle. This helped to develop a procedure to supportthe design of complex mechanical systems.

Ce travail est une étude algorithmique et mathématique préparant une axiomatisation ou une spécification de la géométrie dynamique. Le comportement dynamique des intersections de courbes, dans le cas où elles sont multiples, et la gestion algorithmique d'objets géométriques sous-déterminés posent problème. Il est connu depuis peu que la continuité des déplacements et le déterminisme des comportements dynamiques ne sont pas entièrement compatibles ; ce travail précise ce point essentiel : par des procédés globaux qui sortent du cadre de la géométrie discrète, il est montré que le comportement dynamique des intersections de cercles présente des singularités inévitables, qui sont énumérées. Une tentative est faite pour étendre ce résultat aux intersections de coniques. Des propositions pour unifier le traitement algorithmique d'objets sous-déterminés, comme les points sur objet, sont présentées, depuis le cadre mathématique jusqu'à l'implémentation effective. Ce travail montre aussi qu'il existe des concepts mathématiques de base, comme la notion d'aire non signée, dont la justification ultime ne supporte pas le mouvement, au contraire de la notion d'aire signée. En permettant la spécification des algorithmes traitant du comportement dynamique des intersections de cercles, ce travail établit un premier niveau de qualité pour les logiciels de géométrie dynamique, permettant de juger leur cohérence mathématique. Plusieurs des implémentations réalisées sont présentes dans Cabri2 Plus, logiciel largement diffusé par l'entreprise Cabrilog. Au niveau théorique, ce travail repose différemment la question de la nature des figures dynamiques, en particulier de la nature mathématique précise des lieux géométriques en géométrie dynamique.

Au cours des dernières quarante années un grand nombre d'études ont analysé les comportements de possession et utilisation des véhicules. Cependant, la plupart de ces études traitent le problème d'un point de vue statique, en omettant les dynamiques qui vraisemblablement guident ces décisions. Le caractère durable des véhicules suggère l'importance de ne pas ignorer l'aspect dynamique des problèmes d'achat, possession et utilisation automobile. Ce travail utilise une approche désagrégée structurelle, basée sur des choix. Le document est composé de trois parties. La première propose une description du problème, par l'analyse de la littérature existante. La seconde présente les opérations préliminaires effectuées sur la base "Parc Auto" pour pouvoir l'utiliser comme panel de véhicules. La dernière partie a pour objectif d'introduire les quatre applications réalisées au cours de ma thèse de doctorat. Une première application propose une approche hédoniste des prix des véhicules. Le deuxième chapitre de cette dernière partie estime un modèle de Rust pour des ménages mono-équipés (c'est à dire une seule voiture à disposition par année) les décisions concernant leur voiture. Un modèle dynamique discret\continu des choix de la durée de possession et d'utilisation des véhicules pour des agents tant myopes que prévoyants. Le dernier chapitre présente un programme dynamique tourné vers le futur pour le problème de la planification des achats. Dans les trois applications, un facteur d'actualisation est utilisé pour tester différents hypothèses de comportement dynamique. Mes résultats indiquent que la préférence temporelle d'un ménage est un élément crucial dans étude de ces décisions. / During the last fort Y years, a large number of studies have analyzed the behaviors related to car holding and use. However, the majority of these studies consider the subject from a static point of view, ignoring the household dynamics and the driver's needs, which are very likely to drive such decisions. The durable character of a vehicle suggests however that such a dynamic cannot be ignored in the study of the vehicle purchase, holding and use decisions. This work employs a disaggregated, structural approach based on real choice to address these dynamics. The document is composed of three parts. In the first part a description of the problem is provided through an analysis of the available literature. The second part includes the description of the operations which are performed on "Parc Auto". This database needs in fact some preliminary treatment if one wants to use it as a vehicle's Panel. In the last part the four applications considered are presented. A first application proposes a hedonic approach to the vehicles' prices. The second chapter of this last part estimates the Rust model for mono-equipped (Le. only one car owned each year) households' decisions concerning their car. A dynamic discrete\continuous choice model of car holding duration and use for both myopic and forward-Iooking agents follow. ln the last chapter a dynamic forward-Iooking program for the purchase planning problem is presented. ln the three dynamic applications, a discount factor tests different effects of dynamic behavior. My findings indicate that a household's time preference is a crucial element in studying these decisions.

Le présent travail de thèse a pour objectif de développer un outil de modélisation par transition d’échelles sous forme de machine d’essais virtuels. Celle-ci, utilisée conjointement aux codes de calculs de structures, permet de déterminer le comportement anisotrope complexe de composites à matrice polypropylène chargés en fibres de verre courtes sous sollicitations dynamiques. La microstructure en cœur-peau induite par le procédé d’injection du matériau est investiguée expérimentalement par μCT. Le comportement dynamique est caractérisé pour des vitesses de déformation allant jusqu’à 200s-1 au moyen d’une une méthodologie expérimentale basée sur l’utilisation d’un joint d’amortissement et d’une optimisation des éprouvettes. Les mécanismes d’endommagement sont analysés expérimentalement par essai in situ. Ils mettent en évidence le phénomène d’endommagent prépondérant qui est la décohésion de l’interface fibre matrice. Basé sur ces résultats expérimentaux, l’approche multi échelles développée consiste en une méthode de Mori Tanaka incrémentale appliquée à une matrice élastoviscoplastique et des renforts enrobés intégrant l’évolution de l’endommagement à l’échelle mésoscopique. L’endommagement introduit dans les enrobages perturbe le transfert de charge entre la matrice et les renforts. De plus, la dépendance à la vitesse de déformation, aux orientations et aux taux de fibre du modèle sont corrélés par des essais. La machine d’essais virtuels est validée par modélisation de structures. L’outil prédictif ainsi développé prend en compte le minimum nécessaire à la description de la microstructure tout en étant fiable et pertinent dans la modélisation de composites sous sollicitations dynamiques modérées. / The current work focuses on the development of a micromechanical modeling tool in the form of a virtual test machine which, used with the structural calculation codes, allows to determine the complex anisotropic behavior of polypropylene matrix composites reinforced with short glass fibers under dynamic loading. The core-skin microstructure induced by the material injection process is investigated experimentally by μCT. The dynamic behavior is characterized for strain rates of up to 200s-1 using an experimental methodology based on the use of a damping joint and specimen optimization. The mechanisms of damage are analyzed experimentally by in situ SEM testing. They highlight the importance of the debonding phenomenon in the damage scenario. Based on these experimental results, the multiscale approach developed consists of an incremental Mori Tanaka method applied to an elastoviscoplastic matrix and coated reinforcements integrating the evolution of damage at the mesoscopic scale. The damage introduced into the coatings disturbs the load transfer between the matrix and the reinforcements. In addition, the strain rate, orientation, and fiber rate dependence of the model are correlated by testing. The virtual testing machine is validated by modeling structures. The developed predictive tool thus takes into account the minimum necessary to describe the microstructure while being reliable and relevant in the modeling of composites under moderate dynamic stress.