Les hélicoptères sont le siège de comportements dynamiques difficiles à maîtriser et récurrents en phase de conception. Ces comportements sont essentiellement liés à des couplages mal maîtrisés entre certains sous-systèmes. Un état de l'art sur les pratiques de modélisation existantes met en évidence un manque de prise en compte des interactions énergétiques entre sous-systèmes, rendant difficile l'analyse et la maîtrise de ces phénomènes et conduisant à des solutions ponctuelles, sans capitalisation possible des méthodes mises en œuvre. Ces travaux offrent une introduction à une approche de représentation multiphysique et multiniveau, complémentaire aux approches existantes, offrant une vision énergétique et structurelle pour la maîtrise de la dynamique des systèmes tels que les hélicoptères. Une réflexion sur les outils de représentation existants a conduit au choix du bond graph (BG), du multibond graph (MBG) et de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) en tant qu'outils complémentaires pour la modélisation et la commande des systèmes multiphysiques multicorps. Une analyse énergétique d'hélicoptère a conduit à la proposition d'une description macroscopique basée sur le MBG à mots, complétée par deux autres niveaux détaillant le modèle MBG du sous-système rotor-fuselage. Les hypothèses de modélisation sont choisies de manière à reproduire les conditions d'apparition du phénomène de résonance air, phénomène de couplage connu sur les hélicoptères. Cette étude met en évidence le potentiel des représentations énergétiques en application aux hélicoptères et ouvre de nombreuses perspectives, tant pour l'analyse des appareils existants que pour la conception d'aéronefs innovants.

Au cours des dernières années, l'utilisation des systèmes de climatisation classiques a connu une augmentation importante qui directement augmente la consommation d'électricité dans différents types de bâtiments.Par conséquent, le développement du système de climatisation solaire appliqué aux bâtiments est la nouvelle technologie qui pourrait remplacer le système conventionnel à compresseur. De cette façon, il est nécessaire de comprendre et d’évaluer cette solution alternative. À cet effet, notre Institut de recherche en énergie solaire et en énergies renouvelables (IRESEN) a financé un projet appelé «Refroidissement solaire au Maroc» basé sur la technologie d'absorption, afin de réaliser des études de faisabilité sur ce type de systèmes afin de les intégrer dans la nouvelle génération du bâtiment.Dans ce but, cette thèse a traité un système de refroidissement solaire en utilisant la machine à absorption comme la technologie de production de froid dans différentes conditions et climats. Tout d'abord, cette thèse commence par une étude bibliographique ou elle analyse et critique plusieurs travaux traitant les systèmes de refroidissement solaire, ainsi que les diffèrent technologie de capteur solaire. Deuxième point de cette thèse focalise sur la machine à absorption où elle présente un modèle mathématique d'une machine à absorption à simple effet, afin de comprendre le comportement dynamique de ce type de machine face à une variation des conditions extérieures telles que (rayonnement solaire, température extérieure, charges climatique internes). En plus, l'analyse du système de refroidissement solaire devrait prendre en compte une approche énergétique et financière qui permette de prévoir toutes les performances énergétiques (fraction solaire, coefficient de performance, efficacité thermique et efficacité exergétique…) et d'optimiser la taille des composants les plus importants, qui sont la surface du capteur solaire et le volume du ballon de stockage. Une évaluation détaillée de ces deux paramètres est examinée dans les six zones climatiques du Maroc, puis généralisée à neuf capitales africaines afin de fournir un outil numérique pour le dimensionnement et l'optimisation du système de refroidissement solaire non seulement au Maroc mais également dans l'ensemble des régions africaines. / In the last few years, the use of conventional air conditioning system has known an important increase, which directly increase the electricity consumption in different type of building.Therefore, the development of solar cooling system applied to buildings is the new technology that could replace the conventional system of air conditioning. That way, there is a need to understand and evaluate this alternative solution. For that purpose, our Institute of Research in Solar energy and renewable energies (SPCM) has finance a project called Solar cooling in Morocco based on the absorption technology, in order to have a feasibility studies on this kind of systems, in the scope of implementing them in the new generation of buildings. Thus, this thesis treats the solar cooling system using an absorption chiller as the technology of cooling under different conditions and climates. Firstly, it presents a mathematical model of a single effect absorption chiller, in order to understand the dynamic behavior of this kind of machine when they are confronted to a variation in the external conditions such as (solar radiation, external temperature, cooling loads).Moreover, the analysis of the solar cooling system should take into account an energetic and a financial approach to predict all the energetic performances (solar fraction, coefficient of performance, thermal efficiency and exergetic efficiency…) and to optimize the size of the most important component which are the solar collector surface and the storage tank volume. A detailed assessment of these two parameters is investigated in the six climatic zones of Morocco and then it is generalized to nine African capitals in order to give a numerical tool to pre-sizing and optimizing the solar cooling system not only in Morocco but also in all Africa.

Les voies ferrées sont endommagées par les chargements dynamiques répétés issus du passage des trains, en particulier pour les trains à grandes vitesses. Structures multicouches complexes, ces voies sont constituées : de rails en acier, de semelles en élastomère, des traverses de béton, d’une couche de ballast et d’une sous-couche. L’étude du comportement mécanique d’une voie ferrée (de chaque composant à la structure entière) est donc étroitement liée à l’amélioration de la sécurité ferroviaire, ainsi qu’à l’efficacité de ce mode de transports.Ce travail de thèse se focalise sur l’étude des semelles sous rail et de la sous-couche en grave bitumineuse. Ces deux composants ont été choisis pour leurs similarités en termes de comportement mécanique non linéaire et capacité de dissipation d’énergie. Ce manuscrit est divisé en trois chapitres.Dans le cadre de ce premier chapitre le modèle d’intégrale par convolution (modèle-CI) est choisi pour modéliser le comportement mécanique du matériau élastomère de la semelle. Le modèle-CI est une extension naturelle de la théorie de la viscoélasticité linéaire, car basé sur l'extension du principe de superposition Boltzmann ; la séparation des contraintes proposée par ce modèle, a été observée expérimentalement par de nombreux auteurs.Le deuxième chapitre concerne l’étude du comportement mécanique du matériau élastomérique qui compose les semelles sous-rail et de modélisation pour prédire le comportement non-linéaire et la capacité d'absorption d'énergie d'une structure semelle.Le modèle de comportement (modèle-CI) permet de représenter de façon très fiable la partie chargement de la semelle (erreur de 1 % pour la rigidité). Pour la partie déchargement, la représentation est un peu moins bonne : la déformation résiduelle "numérique" est de 2,2 % alors qu'expérimentalement elle n'est que de 0,4 %, ce qui conduit à une erreur de prédiction sur l'énergie dissipée de 37.5 %. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux in-situ montrent que le modèle utilisé permet de décrire assez correctement la réponse de la semelle au passage d'un train dans les limites d’erreur de prédiction de la déformation résiduelle.Ce modèle-CI doit être utilisé sur le modèle géométrique 3D complet de la semelle, les approches simplifiées (2D, semelle sans rainure) conduisent à des prédictions fortement erronées.Le troisième chapitre se focalise sur l’étude du matériau de type asphalte utilisé pour la couche sous-ballast des voies ferrées. Des cubes de “Matériaux Virtuels” ont été réalisés en disposant aléatoirement des inclusions sphériques monodisperses rigides dans un volume de matrice au comportement hyper-élastique. L’influence du diamètre et de la fraction volumique de ces inclusions sur le comportement mécanique d’une structure a été étudiée numériquement et expérimentalement en utilisant un plan d’expérience de type Doehlert. Cette approche de « Matériaux Virtuels » a permis d’avoir une correspondance exacte entre les géométries des spécimens numériques et expérimentaux sur les 7 échantillons testés.L’analyse des surfaces de réponses a montré que les deux paramètres observés F_max et E_% sont fortement corrélés aux valeurs de V_fr. L’influence du diamètre des inclusions, par contre, est très faible.Enfin, les simulations par éléments finis ont permis d’étudier la répartition interne des contraintes et déformations. Les résultats ont été présentés pour l’échantillon V0225-D08 : la chaine d’effort a été visualisée à l’intérieur de la matrice et présente des contraintes de Von Mises jusqu’à 8 fois celles obtenues dans la matrice.Dans l’étude proposée, le diamètre et la forme des inclusions ont été fixés. Il serait intéressant de faire varier ces paramètres en utilisant la même méthodologie. Par ailleurs, les récentes avancées en termes de fabrication additive permettent d’imaginer la construction d’échantillons hétérogènes complexes. / Repetitive dynamic loads caused by passing trains can damage a railway track, especially at high speeds. The complex multilayer structure of the modern track consists of: stainless steel rails, elastomeric rail pads, concrete sleepers, track ballast and sub-ballast layers. Investigation of the mechanical behaviour of the railway track structure (as the whole and by parts) can have a great importance for the improvement of safety and efficiency of railway transportation.In the present study rail pad and bituminous mixture (BM) sub-ballast layers of a standard ballasted railway track were considered for investigation. These parts of the track were chosen for their similarities in the mechanical behaviour (nonlinearity and energy dissipation) and function (reduction of the dynamic part of load, an influence on the load distribution).The first chapter reviews the main aspects of the mechanical behaviour of elastomeric materials and covers the common theoretical approaches, appropriate for the modelling of this behaviour. The Convolution Integral approach (CI-model) was chosen to represent the mechanical behaviour of a rail pad material as a natural extension of theory of linear viscoelasticity, based on extension of the well-established Boltzmann Superposition Principle.The second chapter is devoted to study of elastomeric material of a rail pad and to numerical modelling of a whole elastomeric rail pad structure subjected to common track loads. Special attention was given to possibility of the model to describe the nonlinearity of the mechanical behaviour and capability of energy dissipation.Sufficient conformity between experimental and numerical results was established on loading part of a Force vs Displacement curve (an error of 1 % was obtained for the stiffness value) for the quasi-static loading, while prediction of the residual compression displacement remains poor, especially in the first loading cycle (2.2% of the macroscopic strain against 0.4% in experiment). The observed discrepancy led to poor prediction of the dissipated energy (an error of 37.5 % was found). Comparison between results of the numerical simulation and in situ experimental measurements has shown that the FE model is capable to describe dynamic behaviour of a rail pad structure to within the error of prediction of the residual compression displacement.Possible ways to simplify the numerical model, discussed in the second chapter, generally lead to high overestimation (2D plain strain and 3D grooveless models) or underestimation (2D plain stress model) of the rail pad mechanical behaviour.The third chapter of the thesis is connected to the study of a BM material, used on a railway track as a sub-ballast layer. Influence of size and volume fraction of monodisperse spherical inclusions, randomly packed into a cubic matrix, on the mechanical behaviour of obtained composite structure were investigated using “Virtual Material” approach. This approach allows numerical study of a theoretical case without losing connection with a real experiment (by means of direct geometrical correspondence). Parameters of 7 specimens were chosen in accordance with Doehlert experimental design.Analysis of “response surfaces” has shown that both F_max and E_% have a strong dependence on the value of V_fr and almost no dependence on the value of D.Stress/strain concentrations were analyzed using FE method on example of V0225-D08 specimen. This allows to find and to visualize load-bearing chains going through the matrix. Von Mises stress in load-bearing chains is almost 8 times higher than the average in the matrix.More complex models (real and numerical) in terms of problem discretization (more than one inclusions’ fraction, different inclusions’ shapes, etc.) can be developed and studied in the similar way. Moreover, the recent progress in additive manufacturing technologies shows potential to create complex heterogeneous specimens with an increased precision.

Les travaux de thèse s'intéressent à l'impact de la structure des machines outils à architecture parallèle sur la qualité d'usinage. L'apport des architectures parallèles dans le domaine de la machine outil en Usinage Grande Vitesse provient surtout de leurs capacités dynamiques très élevées. Cependant, les masses mobiles faibles et les choix technologiques retenus pour réaliser les structures font que ces machines se déforment en usinage. L'impact de ces déformations élastiques sur la pièce usinée n'est pas négligeable et doit être maîtrisé. L'étude des comportements statique et dynamique de ces machines est donc réalisée à l'aide de modèles prédictifs de comportement. Ces modèles sont appliqués à différentes architectures parallèles et leurs paramètres identifiés à l'aide de mesures expérimentales. Les méthodes de modélisation et la formulation employées permettent de prendre en compte les flexibilités des jambes et des liaisons des machines étudiées. De plus, les modèles de liaisons s'appuient sur une analyse technologique de celles-ci et permettent de représenter au mieux leur comportement (souvent non-linéaire). Enfin, l'intégration des simulations proposées dans la définition d'un processus sur ce type de machine est étudiée. Le modèle dynamique développé est appliqué à la machine Triptéor X7 afin de simuler une opération de contournage. Les défauts calculés sont finalement comparés à ceux effectivement obtenus lors de la réalisation de l'opération sur cette machine outil.

La thèse " Modélisation mécanique et géométrique tridimensionnelle du rachis thoracique et lombaire en configuration de choc automobile " est une coopération entre le Laboratoire de Biomécanique de l'ENSAM de Paris (LBM) et le Laboratoire d'Accidentologie et Biomécanique (LAB) crée par les constructeurs PSA - Peugeot Citroën - et Renault. Elle porte sur la réalisation d'un modèle numérique du rachis thoracique et lombaire, représenté en position assise, et validé dans le domaine statique et surtout dynamique. Il a pour vocation d'être intégré au sein d'un modèle entier d'" être humain ", ce qui permettra d'améliorer la réponse lésionnelle de ce dernier lors d'une simulation de choc automobile.Le sujet se divise en trois parties : une recherche bibliographique dans laquelle nous avons recensé les articles portant sur les axes instantanés de rotation de segments rachidiens ainsi que les auteurs ayant étudié le comportement expérimental du rachis en dynamique. Enfin, nous avons recensé les articles portant sur la modélisation de la colonne vertébrale et sur la validation de ces modèles ; une partie expérimentale dans laquelle nous avons étudié le comportement dynamique de segments rachidiens thoraciques, thoraco-lombaires et lombaires. Les sollicitations dynamiques, imposées sous forme d'impacts, reproduisent des mouvements purs de flexion, torsion et inflexion. Les influences ligamentaires ont été quantifiées par des sections successives sur chaque spécimen. La volonté d'imposer des couples les plus purs possibles a nécessité la réalisation d'un banc d'essais complémentaire afin de connaître les positions des axes instantanés de rotation des spécimens testés ; une partie modélisation qui consiste à réaliser un modèle " éléments finis " du rachis lombaire et thoracique validé en statique par les données de la littérature et en dynamique par les expérimentations décrites précédemment.

La pollution des rejets urbains de temps de pluie est liée aux dépôts des réseaux dassainissement unitaires et notamment aux stocks de matière organique situés à linterface eau/sédiment. Lobjectif de cette thèse est daméliorer les connaissances vis-à-vis des stocks organiques à l'interface eau/sédiment. Deux méthodes d'observation ont été utilisées :<br />- un endoscope a permis d'identifier et de localiser deux types d'interface organique (une couche immobile à Paris et à Marseille, et des solides en déplacement près du fond à Dundee et à Hildesheim)<br />- une boite d'observation encastrée dans un collecteur parisien a permis de montrer que la couche organique immobile située à l'interface eau/sédiment est hétérogène, quelle abrite une activité biologique, quelle se forme rapidement par temps sec puis se stabilise, quelle subit des remaniement locaux en surface et enfin, que, lors daugmentations de débit, elle est partiellement érodée et transportée par suspension et par charriage.

Le but de cette thèse est de trouver une méthodologie numérique pour simuler le comportement et la fragmentation des matériaux quasi-fragiles, tels que les roches et le béton, sous sollicitations dynamiques. Une telle méthodologie aidera à une meilleure compréhension des mécanismes de fragmentation des roches à l'explosif et, par conséquent, contribuera dans l'optimisation des performances du tir à l'explosif. Dans cette étude, on considère que le processus de fragmentation est une extension naturelle de celui de la rupture. Afin de décrire ce dernier processus, un modèle de comportement phénoménologique adapté aux matériaux considérés est développé et implémenté dans un code de calcul par éléments finis. Quant à la fragmentation dynamique, elle est traitée par une analyse en post-traitement basée sur l'historique de l'état thermodynamique du matériau. Pour reproduire le comportement macroscopique des matériaux quasi-fragiles incluant l'anisotropie induite par le chargement, la méthode des variables internes basée sur la thermodynamique des milieux continus est employée. Une variable interne de type scalaire est introduite pour modéliser, au niveau macroscopique, l'adoucissement du matériau suite à des chargements de compression. Sous des chargements de traction, un tenseur symétrique du second ordre est utilisé pour décrire l'endommagement anisotrope induit. Sous des chargements complexes, ces deux modèles sont couplés et l'effet de fermeture-réouverture des fissures est également traité. L'intégration du modèle développé dans le code éléments finis VIPLEF3D a conduit à l'élaboration d'une méthode de relaxation caractérisée par une actualisation explicite des variables d'état. Concernant la fragmentation dynamique, à partir d'essais de fragmentation au laboratoire, une formulation générale permettant de prédire la distribution des fragments est fournie. Dans cette formulation une taille moyenne de fragments est liée à une grandeur mécanique, supposée être l'origine du processus de fragmentation, par une fonction intrinsèque qui peut être identifiée en utilisant des essais adéquats de fragmentation. Cette grandeur mécanique est donnée par la résolution du problème aux limites où le modèle rhéologique est utilisé. Enfin, l'approche complète est alors appliquée à la modélisation des essais de rupture et de fragmentation en chambre, d'échantillons cylindriques de roches.

Le Pare-blocs Structurellement Dissipant (PSD) est un type de galerie pare-blocs innovant. Il se compose d'une dalle en béton armé reposant sur des appuis fusibles métalliques. Contrairement aux galeries pare-blocs traditionnelles, le PSD utilise directement le mouvement de la dalle, et la déformation de la dalle et des appuis, pour dissiper l'énergie d'impact de blocs rocheux. Le but de cette thèse est de contribuer à améliorer l'analyse et le dimensionnement du PSD sous les impacts rocheux. L'analyse structurelle du PSD nécessite des analyses d'impact appropriées. Un algorithme d'impact est donc développé, qui permet de traiter les impacts unilatéraux entre un projectile rigide et une structure déformable. Cet algorithme est ensuite mis en œuvre dans un code de calculs par éléments finis. Validé par plusieurs tests, ce développement fournit un outil de calcul pour le PSD permettant de prendre en compte les effets de vitesse du comportement des matériaux. Cet outil est utilisé pour modéliser le PSD sous différentes conditions d'impact. D'abord, les essais d'impact sur une maquette PSD à l'échelle 1/3 sont modélisés pour connaître la faisabilité de la modélisation structurelle. Une corrélation satisfaisante entre les résultats numériques et expérimentaux permet de réaliser plusieurs séries d'études paramétriques avec le même modèle aux éléments finis pour mettre en évidence l'influence de la masse et de la vitesse des blocs rocheux, de la position de point d'impact sur la dalle, de l'épaisseur de la dalle, du type de béton et du pourcentage d'armatures de la dalle. Enfin, des calculs à l'échelle de la structure sont effectués. Toutes ces études montrent la robustesse du concept PSD, ainsi que ses optimisations possibles, particulièrement pour améliorer sa résistance vis-à-vis du poinçonnement.

L'énergie éolienne est en train de se développer en conséquence des problèmes environnementaux posés par les sources d'énergie traditionnelles et du progrès technologique des aérogénérateurs. La part de ce type d'énergie dans le réseau est de plus en plus importante dans les régions ventées. Par suite, l'impact sur le réseau électrique, de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente. D'autre part, le coût de l'énergie éolienne est encore trop élevé pour concurrencer les sources traditionnelles sur des sites moins ventés. Plus " d'intelligence " peut être introduite dans la commande des éoliennes pour résoudre ces problèmes. Cette commande doit être faite en tenant compte du comportement de l'aérogénérateur dans son ensemble. Les perturbations provenant du vent doivent également être considérées. L'objectif de cette thèse se résume ainsi: concevoir les lois de commande d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch, en tenant compte des perturbations éoliennes et avec quatre critères d'optimisation. Ces critères sont: l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique produite, du rendement énergétique et de la robustesse des commandes et la diminution des efforts subis par le train de puissance de l'éolienne. Des modèles de simulation permettant d'étudier les lois de commande d'aérogénérateurs existent, mais l'impact des perturbations éoliennes sur le système dans son ensemble n'est en général pas considéré avec suffisamment de précision. Ici, un modèle de simulation d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch est présenté. Une attention particulière est portée à l'interaction entre le vent et la turbine. Ce modèle de simulation a été validé à l'aide de données réelles d'une éolienne de 180 kW et de données provenant de la littérature. Un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch a différentes zones de fonctionnement. Trois zones sont étudiées ici: celle correspondante à des vitesses de vent moyens où la vitesse de rotation de l'éolienne est variable, celle liée à des vitesses plus importantes où l'éolienne tourne à la vitesse nominale et celle liée aux vitesses de vent où la puissance captée par la turbine est limitée à l'aide du pitch. En plus de la stratégie de commande générale de l'éolienne, différentes conceptions de commandes dans chacune de ces zones sont examinées. Des modèles linéaires permettant d'étudier le comportement dynamique du système éolien sont obtenus sur différents points de fonctionnement à partir du modèle de simulation non-linéaire. Certains de ces modèles sont utilisés en tant que modèle de commande. Des régulateurs numériques robustes sont synthétisés dans chacune des zones de fonctionnement. Ces lois de commande sont ensuite testées sur le modèle de simulation. Différentes commandes sont comparées en observant leur comportement face aux quatre critères liés à l'objectif de thèse. Un modèle de simulation est pratique pour tester les lois de commande, mais il convient d'essayer ces lois aussi sur un banc d'essai avant de les implémenter sur une éolienne réelle. Ici, l'aérogénérateur simulé est émulé sur un banc d'essai de 15 kW. Ensuite, quelques essais expérimentaux sont réalisés sur ce banc. Les résultats obtenus en simulations et sur le banc d'essai montrent que des lois de commande avancées permettent d'améliorer le comportement d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch.

Les échangeurs thermiques aéronautiques sont soumis à un environnement complexe combinant pression, température et vibrations. L'objectif de cette thèse est l'analyse du comportement statique et dynamique du faisceau d'un tel échangeur. Ce faisceau est une structure complexe périodique 3D composée d'un empilement alterné d'intercalaires où passe l'air chaud et froid respectivement. Différentes approches analytiques et numériques basées sur l'étude d'une cellule élémentaire de la structure sont employées pour modéliser le comportement statique global du faisceau à chaud et à froid. Les résultats statiques sont validés par essais expérimentaux sur différents types d'éprouvettes. À l'issue de cette partie, deux modèles sont proposés pour remplacer la structure réelle du faisceau : un modèle «homogène» et un modèle «stratifié». L'étude dynamique, expérimentale et numérique, montre que ces deux modèles sont capables de prédire de manière satisfaisante le comportement dynamique du faisceau.