Le couplage précision-vitesse est une problématique importante de l'usinage à 5 axes. Le respect de la précision impose à la machine de ralentir. De plus, le calcul du trajet ne prend pas en compte le comportement de la machine et induit aussi des ralentissements. Ces travaux de thèse visent deux objectifs : Optimiser le comportement de la machine outil en modifiant l'orientation de l'axe outil dans le repère machine ; Garantir le respect des contraintes géométriques fonctionnelles sur l'orientation de l'axe outil. Une méthode d'optimisation sous contrainte est proposée. La fonction objectif utilise un modèle simplifié du comportement de la machine. Le concept du Domaine d'Orientation Admissible est alors défini pour contraindre l'orientation de l'outil dans le repère pièce puis dans le repère machine afin d'y réaliser l'optimisation. La méthode d'optimisation est comparée à des méthodes alternatives selon des critères de rapidité de calcul et de performance.

Dans ce mémoire, on traite des méthodes et d'outils d'évaluation de la fiabilité des systèmes mécanique. La fiabilité dans ce contexte est définie comme étant la probabilité que la résistance soit supérieure à la sollicitation que le système subit. On considère que la résistance est aléatoire et que l'occurrence et l'intensité de la sollicitation sont aléatoires. Les outils d'analyse et d'évaluation de la fiabilité, retenus dans ce travail, permettent d'évaluer et d'optimiser les performances d'un système existant ou d'intégrer le caractère aléatoire de sollicitation et de la résistance, en phase de conception. Des exemples d'applications issus des domaines du génie mécanique et de la sécurité des structures sont rapportés dans ce mémoire pour illustrer les différents concepts théoriques. Le contenu de ce mémoire a été conçu et structuré de manière à servir de document de référence pour la conception et l'exploitation de systèmes assujettis à des sollicitations dont l'intensité et l'occurrence sont aléatoires et dont la résistance se dégrade, aléatoirement également, selon l'âge et l'usage du système.

Au cours de la ventilation liquide totale (VLT), les cellules pulmonaires sont exposées à des perfluorocarbones (PFC) dont les propriétés physiques diffèrent fortement du milieu standard de culture cellulaire (DMEM) et encore plus des propriétés de l'air. Dans cette thèse nous étudions les effets d’une exposition au PFC sur la réponse des cellules épithéliales pulmonaires, en effectuant une étude approfondie des propriétés structurales, mécaniques et fonctionnelles. La réponse des cellules A549 (alvéolaire), HBE (bronchique) et AM (Macrophage alvéolaire) exposées au PFC est étudiée par comparaison au DMEM. Les variations de la structure de F-actine, de la densité d'adhésion focale et de la distribution du glycocalyx sont évaluées par fluorescence. Les changements de propriétés mécaniques et de paramètres d’adhésion sont mesurés par la Magnétocymétrie (MTC) étendue à l’analyse multiéchelle. La mécanique cellulaire est caractérisée par deux modèles microrhéologiques reflétant deux types de comportement possibles du cytosquelette (CSK). L'adhésion à la matrice cellulaire est analysée par un modèle stochastique de dé-adhésion, décrivant la composante non-réversible de la réponse cellulaire. Les rôles fondamentaux de la structure de F-actine et de la couche de glycocalyx sont respectivement évalués par dépolymérisation de F-actine et en dégradant le glycocalyx. Les résultats montrent que l'exposition au PFC induit un remodelage de la structure de F-actine, un affaiblissement du CSK et une diminution de l'adhésion. Ces résultats démontrent que le PFC déclenche une réponse particulière des cellules épithéliales caractérisée par une diminution de la tension intracellulaire, l'affaiblissement de l'adhésion et la redistribution du glycocalyx. L’origine de cette adaptation cellulaire est physique et très probablement reliée à l’augmentation de l'énergie interfaciale associée à la basse tension de surface d’un PFC chimiquement apolaire. La faible tension de surface du PFC est également responsable d'une augmentation de la compliance pulmonaire pendant VLT et a des impacts profonds dans les paramètres respiratoires, parallèlement à la modification de la réponse cellulaire. / During Total Liquid Ventilation (TLV), lung cells are exposed to perfluorocarbon (PFC) whose physical properties highly differ from aqueous medium (DMEM) standardly used for cell culture and farther air properties. In this thesis, we study the effects of PFC exposure on the response of pulmonary epithelial cell by performing a thorough assessment of their structural, mechanical and functional properties. The response of A549 cells (alveolar), HBE (bronchial), and AM (alveolar macrophages) exposed to PFC is studied by comparison to DMEM. Changes in F-actin structure, focal adhesion size and density and glycocalyx expression are evaluated by fluorescence. Changes in cell mechanics and adhesion parameters are measured by a multiscale Magnetic Twisting Cytometry (MTC) method. Cell mechanics is analyzed by two microrheological models reflecting two possible cytoskeleton features. Cell-matrix adhesion is analyzed by a stochastic multibond de-adhesion model describing the non-reversible component of the cell response by MTC. The key roles of F-actin structure and glycocalyx layer are established by respectively depolymerising F-actin and degrading glycocalyx. Results show that PFC exposure induces F-actin remodelling, cytoskeleton softening and adhesion weakening. They demonstrate that PFC triggers an epithelial cell response which is characterized by decay in intracellular tension, adhesion weakening and glycocalyx redistribution. The origin of this cellular adaptations is physical and most likely related to the increase in interfacial energy, associated to the low surface tension of the non polar perflurorocarbon, The low surface tension of PFC is also responsible for an increase in lung compliance during TLV and has deep impacts during ventilation parallel to the modification of cell response.

Ce travail présente une méthodologie efficace pour mesurer le champ de déformation total en 3-D des tissus mous semi-transparents et diffusant la lumière, tels que la cornée de l'œil vertébré. Cela a été obtenu en utilisant la tomographie par cohérence optique couplée avec la corrélation volumique numérique sur des fantômes en caoutchouc de silicone et de la cornée porcine. Des tests de traction et des tests d'inflation postérieure ont été étudiés. Avant ces tests, l'effet du bruit et la décorrélation des speckles due à la déformation sont d'abord étudiés en utilisant des méthodes expérimentales et numériques. Le biais d'interpolation dans les résultats de déformation a été analysé. Deux approches efficaces ont été prises pour réduire le biais d'interpolation. Pour extraire les paramètres constitutifs des mesures de déformation 3-D, la méthode des champs virtuels a été étendue en 3-D. Les champs virtuels définis manuellement et les champs virtuels optimisés par morceaux ont été développés et comparés entre eux. Des efforts ont également été déployés pour corriger les distorsions induites par réfraction dans les reconstructions de la tomographie par cohérence optique. Des tests d'inclinaison des différents fantômes de silicone ont été introduits afin d’évaluer la performance de la méthode pour corriger les reconstructions distordues / This work presents an effective methodology for measuring the depth-resolved 3-D full-field deformation of semitransparent, light scattering soft tissues such as vertebrate eye cornea. This was obtained by performing digital volume correlation on optical coherence tomography volume reconstructions of silicone rubber phantoms and porcine cornea samples. Both the strip tensile tests and the posterior inflation tests have been studied. Prior to these tests, noise effect and strain induced speckle decorrelation were first studied using experimental and simulation methods. The interpolation bias in the strain results has also been analyzed. Two effective approaches have been introduced to reduce the interpolation bias. To extract material constitutive parameters from the 3-D full-field deformation measurements, the virtual fields method has been extended into 3-D. Both manually defined virtual fields and the optimized piecewise virtual fields have been developed and compared with each other. Efforts have also been made in developing a method to correct the refraction induced distortions in the optical coherence tomography reconstructions. Tilt tests of different silicone rubber phantoms have been implemented to evaluate the performance of the refraction correction method in correcting the distorted reconstructions

La morphogenèse des plantes repose sur deux mécanismes cellulaires : la division et l'élongation. Par ailleurs, la croissance est source de contraintes mécaniques qui affectent les cellules et guident la morphogenèse. Si les contraintes mécaniques influencent l'orientation du plan de division dans les cellules animales, rien n'est prouvé pour les cellules végétales. À l'heure actuelle, la forme de la cellule est proposée comme le facteur principal gouvernant l'orientation du plan dans les divisions symétriques : les cellules se divisent selon un des plans les plus courts. Cette règle géométrique a été validée dans des tissus à croissance ou courbure isotropes, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent inconnus. Dans cette thèse, un pipeline a été mis au point pour analyser les divisions cellulaires dans les différents domaines du méristème apical caulinaire d'Arabidopsis thaliana et questionner l'application de la règle géométrique dans ce tissu. La zone frontière du méristème présente une proportion anormalement basse de plans de division très courts. Des simulations de tissus en croissance, dans lesquelles une règle de division mécanique a été implémentée, ont montrées le même biais sur les orientation des plans, comparé à la règle géométrique. Des ablations laser de quelques cellules de l'épiderme ont également été effectuées afin de perturber localement le patron de contraintes mécaniques. Les résultats montrent que l'orientation du plan des divisions postérieures à cette perturbation suit le nouveau patron de contraintes. Enfin, une nouvelle méthode quantitative, basée sur l'utilisation d'un micro-indenteur, a été mise au point pour quantifier la réponse du cytosquelette, et en particulier des microtubules, aux contraintes mécaniques. Le protocole de compression a été testé et validé sur les mutants katanin et spiral2, dans lesquels la réponse aux contraintes est respectivement faible ou amplifiée. / Morphogenesis during primary plant growth is driven by cell division and elongation. In turn, growth generates mechanical stress, which impacts cellular events and channels morphogenesis. Mechanical stress impacts the orientation of division plane in single animal cells; this remains to be fully demonstrated in plants. Currently, cell geometry is proposed to be the main factor determining plane orientation in symmetric divisions: cell divide along one the shortest paths. This geometrical rule was tested on tissues with rather isotropic shapes or growth and the corresponding molecular mechanism remains unknown, although it could involve tension within the cytoskeleton. To address these shortcomings, we developed a pipeline to analyze cell divisions in the different domains of the shoot apical meristem of Arabidopsis thaliana. We computed the probability of each possible planes according to cell geometry and compared the output to observed orientations. A quarter of the cells did not follow the geometrical rule. Boundary domain was enriched in long planes aligned with supracellular maximal tension lines. Computer simulations of a growing tissue following a division rule that relies on tension gave the most realistic outputs. Mechanical perturbations of local stress pattern, by laser ablations, further confirmed the importance of mechanical stress in cell division. To explore the role of microtubules in this process, we developed a microindenter-based protocol to quantify the cytoskeletal response to mechanical stress. This protocol was tested and validated in the katanin and spiral2 mutants, in which the response to stress is delayed or promoted respectively.

<p align='justify'>This thesis is devoted to the micromechanical study of the size-dependent strengthening in Transformation Induced Plasticity (TRIP) steels. Such grades of advanced high-strength steels are compelling for the automotive industry, due to their improved mechanical properties. Among others, they combine a good strength versus ductility balance. In this context, many research works have been carried out to study these grades of steels. In particular, from a numerical point of view, earlier studies within the framework of classical plasticity do not properly reproduce the strengthening levels characterizing TRIP steels and obtained experimentally.</p> <p><p align='justify'>In this study, the strain gradient plasticity theory presented by Fleck and Hutchinson (2001) is chosen to account for the strengthening effect resulting from the phase transformation. A two-dimensional embedded cell model of a simplified microstructure composed of small cylindrical metastable austenitic inclusions, partially undergoing the phase transformation, within a ferritic matrix is used.</p><p><p align='justify'>First, the single-parameter version of the strain gradient plasticity theory under small strain assumption is used for the simulations. The impact of the higher order boundary conditions is assessed. It is shown that, when the plastic flow is unconstrained at the elasto-plastic boundaries, the transformation strain has no significant impact on the overall strengthening. The strengthening is essentially coming from the composite effect with a marked inclusion size effect resulting from the appearance during deformation of new boundaries (at the interface between parent and product phases) constraining the plastic flow.</p><p><p align='justify'>Second, the multi-parameter version of the strain gradient plasticity theory, incorporating separately the rotational and extensional gradients in the formulation, is employed under small strain assumption. The effect of the plastic strain gradients resulting from the transformation strain is better captured. In particular, the results show a significant influence of the shear component of the transformation strain. An implicit confinement effect is revealed at the elasto-plastic boundaries which is partly responsible for the transformation strain effect. Size effects on the overall strengthening are also revealed, due to a combined size dependent effect of the transformation strain and of the evolving composite structure.</p><p align='justify'>Third, the extension of the strain gradient plasticity theory to a finite strain description is applied. A significant effect of the transformation strain is obtained with the multi-parameter version of the theory as well as an optimal austenite grain size improving the damage resistance of the martensite, in agreement with the typical grain size of the current TRIP-assisted steels (Jacques et al. 2007).</p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Though lots of numerical methods have been proposed in the literature to optimize me-chanical structures at the final stage of the design process, few designers use these tools since the first stage. However, a minor modification at the first step can bring significant change to the global performances of the structure. Usually, during the initial stage, models are based on theoretical and empirical equations, which are often characterized by mixed variables: continuous (e.g. geometrical dimensions), discrete (e.g. the cross section of a beam available in a catalogue) and/or integer (e.g. the number of layers in a composite material). Furthermore, the functions involved may be non differentiable, or even discontinuous. Therefore, classical algorithms based on the computation of sensi-tivities are no more applicable. <p><p>Consequently, to solve these problems, the most wide-spread meta-heuristic methods are evolutionary algorithms (EAs), which work as follows: the best individuals among an initial population of randomly generated potential solutions are favoured and com-bined (by specific operators like crossover and mutation) in order to create potentially better individuals at the next generation. The creation of new generations is repeated till the convergence is reached. The ability of EAs to explore widely the design space is useful to solve single-objective unconstrained optimization problems, because it gener-ally prevents from getting trapped into a local optimum, but it is also well known that they do not perform very efficiently in the presence of constraints. Furthermore, in many industrial applications, multiple objectives are pursued together. <p><p>Therefore, to take into account the constrained and multicriteria aspects of optimization problems in EAs, a new method called PAMUC (Preferences Applied to MUltiobjectiv-ity and Constraints) has been proposed in this dissertation. First the user has to assign weights to the m objectives. Then, an additional objective function is built by linearly aggregating the normalized constraints. Finally, a multicriteria decision aid method, PROMETHEE II, is used in order to rank the individuals of the population following the m+1 objectives. <p><p>PAMUC has been validated on standard multiobjective test cases, as well as on the pa-rametrical optimization of the purge valve and the feed valve of the Vinci engine, both designed by Techspace Aero for launcher Ariane 5.<p>\ / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">The conservation of structures of the historical heritage is an increasing concern nowadays for public authorities. The technical design phase of repair operations for these structures is of prime importance. Such operations usually require an estimation of the residual strength and of the potential structural failure modes of structures to optimize the choice of the repairing techniques.</p> <p><p align="justify">Although rules of thumb and codes are widely used, numerical simulations now start to emerge as valuable tools. Such alternative methods may be useful in this respect only if they are able to account realistically for the possibly complex failure modes of masonry in structural applications.</p><p><p align="justify">The mechanical behaviour of masonry is characterized by the properties of its constituents (bricks and mortar joints) and their stacking mode. Structural failure mechanisms are strongly connected to the mesostructure of the material, with strong localization and damage-induced anisotropy.</p><p><p align="justify">The currently available numerical tools for this material are mostly based on approaches incorporating only one scale of representation. Mesoscopic models are used in order to study structural details with an explicit representation of the constituents and of their behaviour. The range of applicability of these descriptions is however restricted by computational costs. At the other end of the spectrum, macroscopic descriptions used in structural computations rely on phenomenological constitutive laws representing the collective behaviour of the constituents. As a result, these macroscopic models are difficult to identify and sometimes lead to wrong failure mode predictions.</p><p><p align="justify">The purpose of this study is to bridge the gap between mesoscopic and macroscopic representations and to propose a computational methodology for the analysis of plane masonry walls. To overcome the drawbacks of existing approaches, a multi-scale framework is used which allows to include mesoscopic behaviour features in macroscopic descriptions, without the need for an a priori postulated macroscopic constitutive law. First, a mesoscopic constitutive description is defined for the quasi-brittle constituents of the masonry material, the failure of which mainly occurs through stiffness degradation. The mesoscopic description is therefore based on a scalar damage model. Plane stress and generalized plane state assumptions are used at the mesoscopic scale, leading to two-dimensional macroscopic continuum descriptions. Based on periodic homogenization techniques and unit cell computations, it is shown that the identified mesoscopic constitutive setting allows to reproduce the characteristic shape of (anisotropic) failure envelopes observed experimentally. The failure modes corresponding to various macroscopic loading directions are also shown to be correctly captured. The in-plane failure mechanisms are correctly represented by a plane stress description, while the generalized plane state assumption, introducing simplified three-dimensional effects, is shown to be needed to represent out-of-plane failure under biaxial compressive loading. Macroscopic damage-induced anisotropy resulting from the constituents' stacking mode in the material, which is complex to represent properly using macroscopic phenomenological constitutive equations, is here obtained in a natural fashion. The identified mesoscopic description is introduced in a scale transition procedure to infer the macroscopic response of the material. The first-order computational homogenization technique is used for this purpose to extract this response from unit cells. Damage localization eventually appears as a natural outcome of the quasi-brittle nature of the constituents. The onset of macroscopic localization is treated as a material bifurcation phenomenon and is detected from an eigenvalue analysis of the homogenized acoustic tensor obtained from the scale transition procedure together with a limit point criterion. The macroscopic localization orientations obtained with this type of detection are shown to be strongly related to the underlying mesostructural failure modes in the unit cells.</p> <p><p align="justify">A well-posed macroscopic description is preserved by embedding localization bands at the macroscopic localization onset, with a width directly deduced from the initial periodicity of the mesostructure of the material. This allows to take into account the finite size of the fracturing zone in the macroscopic description. As a result of mesoscopic damage localization in narrow zones of the order of a mortar joint, the material response computationally deduced from unit cells may exhibit a snap-back behaviour. This precludes the use of such a response in the standard strain-driven multi-scale scheme.</p> <p><p align="justify">Adaptations of the multi-scale framework required to treat the mesostructural response snap-back are proposed. This multi-scale framework is finally applied for a typical confined shear wall problem, which allows to verify its ability to represent complex structural failure modes.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mesurer les poussées des glaces sur les barrages hydroélectriques nécessite la mesure des contraintes dans les couverts de glace (CdG). Ces derniers sont des couches de glace qui se forment en hiver sur des réservoirs d'eau des barrages dans des zones hivernales (exemple, Québec). Le CdG se dilate lors d'une hausse de température, et est déstabilisé par la variation du niveau d'eau (VNE) dans le réservoir. Si de plus, le CdG est en contact avec le mur du barrage, des forces naissent sur le mur. Pour mesurer ces forces, dans un cadre de sécurité des barrages, des panneaux capteur de pression sont placés sur le mur du barrage, et des jauges sont positionnées dans le CdG. Parmi les jauges figurent les jauges biaxiales (JB) de 12 pouces (JB12) ou 30.48 cm de hauteur, et celles de 4 pouces (JB4) ou 10.16cm de hauteur. La petite hauteur de la JB4 lui permet de mesurer les contraintes selon la profondeur à laquelle elle est placée. Vu sa forte rigidité, la JB4 attire les forces sur le plan horizontal et sur le plan vertical. Une théorie mathématique permet de traiter le problème d'attraction des forces à l'horizontale (Savin, 1961), mais le problème d'attraction des forces en trois dimensions (effets 3D du CdG) n'est pas résolu. Or, les effets 3D causeraient le fait que la JB4 surestime les mesures. L'objectif de ce mémoire est de quantifier les effets 3D et évaluer l'impact du fluage de la glace, sur les contraintes estimées par la JB4 et sur l'amplification des contraintes (AC) autour d'elle. Pour se faire, sont développés, à l'aide du logiciel ANSYS, deux modèles numériques basés sur la méthode des éléments finis. Le premier modèle, en 2D, permet de valider l'approche numérique et évaluer l'impact du fluage. Le modèle 3D, sert à quantifier les effets 3D. Glace et JB4 sont homogènes et isotropes dans tout le projet. Le modèle 2D de base s'est avéré robuste, car les champs de contrainte et de déplacement ont au plus 0.5 % d'écart par rapport à la théorie de Savin. À partir du modèle robuste, est développé un modèle 2D (véritable outil) pour étudier l'impact du fluage sur PAC autour de la JB4 et sur la mesure de la JB4. Les résultats qui en découlent sont indicatifs en raison de la limitation au fluage secondaire. Un modèle de fluage plus complet permettrait de valider l'impact du fluage secondaire. Cet impact s'est avéré plus important pour des contraintes plus élevées. Par exemple, pour un chargement uniaxial de 250kPa, la diminution horaire moyenne de la contrainte principale maximale est de 0.92kPa/h, contre 1.79kPa/h pour une charge de 500kPa. Les effets 3D ont été évalués (matériaux uniquement élastiques). L'AC en 3D est au maximum de 5% plus élevé que TAC en 2D. Cet impact maximal correspond aux épaisseurs du CdG supérieures à 30 cm. Mais, la force moyenne (suivant la hauteur) reçue par le capteur est difficile à évaluer. En effet, le champ de contrainte autour de la JB4 et dans la direction verticale est très complexe et doit être profondément examiné. Cette complexité est due à la brusque variation de l'épaisseur du capteur le long de la hauteur. Ainsi, le modèle 3D doit faire l'objet d'une validation.

Des patchs en matériaux composites sont classiquement utilisés dans l'aéronautique pour réparer ou renforcer des structures métalliques. Ces deux types de matériaux présentent cependant des coefficients de dilatation très différents. De ce fait, leur assemblage, soumis à de grandes variations de température en cours de fonctionnement, est le siège de contraintes pouvant provoquer la rupture ou le décollement du patch. Afin d'évaluer précisement les distributions de contraintes dans l'assemblage collé, différents modèles de calcul ont été proposés : d'abord un modèle analytique bidimensionnel mettant en évidence des effets liés à la géométrie plane de la structure, puis un modèle thermo-viscoélastique intégrant le comportement non-linéaire de la colle en fonction du temps et de la température. Ces modèles ont été ensuite partiellement validés expérimentalement sur des éprouvettes patchées en utilisant des méthodes de mesure de champs.