Ce dossier est constitué en vue de l'obtention d'une habilitation à diriger des recherches. Après la présentation de mon curriculum vitæ qui permettra au lecteur de manière factuelle et temporelle de retracer mon parcours professionnel, ce document se compose d'une synthèse de mon activité d'enseignant-chercheur elle-même divisée en quatre parties : activités d'enseignement, activités de gestion, activités de valorisation et activités de recherche. Une petite explication s'impose concernant le titre de cette habilitation car c'est une clef importante pour comprendre le fil conducteur de mon parcours en tant qu'enseignant chercheur. « L'informatique au service de la mécanique des solides » peut paraître un titre un peu étrange pour l'habilitation à diriger des recherches d'un mécanicien mais il reflète fidèlement ma passion pour « l'informatique », néologisme inventé en 1962 par un journaliste nommé Philippe Dreyfus, qui est la contraction des mots « traitement de l'informa...tion auto...matique ». Ce mot d'origine typiquement française qui se traduirait plutôt par « computer science » en anglais a été adopté en 1967, (année de ma naissance !) par l'Académie Française pour désigner la « science du traitement de l'information ». Ce n'est que beaucoup plus tard que je découvris l'origine profonde de cette science qui vit le jour dans les années 40 au tournant de la guerre, dans les esprits de grands hommes comme Alan Turing créateur de la "machine universelle" (General Problem Solver), Claude Shannon fondateur de la théorie de la communication, Norbert Wiener un des pères de la Cybernétique, John Von Neumann dont les théories fonctionnelles se trouvent toujours dans nos ordinateurs actuels, pour ne citer que ceux qui m'ont le plus marqué. L'ensemble de mes activités d'enseignement et de recherche au cours de ces 14 années sont sous tendues par ma passion pour l'informatique, et c'est sous cet angle de vue qu'est rédigé ce mémoire.

Une des méthodes les plus populaires et largement utilisée pour l’amélioration des sols compressibles est la technique d'inclusions rigides verticales qui constitue une alternative intéressante aux techniques plus traditionnelles telles que le pré-chargement, la mise en place de drains verticaux, le remplacement du sol en place, etc.Le Projet National ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) a permis d’apporter des réponses sur le comportement de cette technique de renforcement et d’établir des recommandations de dimensionnement et de réalisation. Celui-ci comprend un volet expérimental (expérimentations en vraie grandeur, modèles physiques réduits à 1g, études en chambre d’étalonnage) et un volet numérique. Cependant, les recommandations publiées par ASIRI sont limitées aux cas de chargement monotone. Pourtant, différents cas de structures sous chargement cyclique sont couramment rencontrés dans la pratique: chargement des vagues sur les structures offshore, force du vent, charge sismique, la charge de trafic, remplissage et vidange de réservoirs, chargement et déchargement des zones de stockage… Cela nécessite alors de comprendre le comportement sous chargement cyclique et/ou dynamique de ces ouvrages.Ce travail de thèse constitue une contribution à la compréhension du comportement de ce type d’ouvrage, et s’intéresse plus particulièrement à la modélisation des mécanismes qui se développent dans le matelas de transfert de charge lors d’un chargement cyclique vertical quasi-statique. Il se fait suivant deux approches complémentaires : Expérimentale : par des essais sur un nouveau modèle physique réduit tridimensionnel à 1g et à l’échelle 1/10ème, Numérique : par la modélisation numérique tridimensionnelle en milieu continu utilisant le logiciel FLAC3D.Dans un premier temps, le travail expérimental réalisé nous a permis d’étudier le comportement de cette technique de renforcement sous chargement monotone et cyclique mettant en œuvre la méthode de corrélations d’images. La modélisation physique réalisée nous a permis d’étudier l’influence de l’épaisseur de la plateforme de transfert de charge granulaire et des conditions aux limites (cas remblai/cas dallage).Dans un deuxième temps, les résultats expérimentaux nous ont servi comme une base de données pour la validation d’un modèle numérique en milieu continu. La première étape de la modélisation numérique consiste à valider un modèle numérique à la même échelle réduite du modèle physique. La validation de l’approche de modélisation numérique à échelle réduite nous a permis, dans une deuxième étape, de réaliser une étude paramétrique afin de déterminer l’influence des différents paramètres sur le comportement du système. / One of the most popular and widely used methods for soft soil improvement is the reinforcement using vertical rigid inclusions. It constitutes an interesting alternative to the other traditional techniques such as preloading, vertical drains, replacing soil etc...The national French project ASIRI (Amélioration du Sol par Inclusions Rigides) allowed to provide answers about the behavior of this technique and to establish recommendations for design and construction. It included an experimental part (full-scale, 1g physical model experiments and calibration chamber studies) and a numerical part. However, the recommendations established by ASIRI are limited to the case of monotonic loading. Yet, various cases of structures under cyclic loading are commonly encountered in practice: waves loading on offshore structures, wind strength, seismic load, traffic load, filling and emptying of tanks, loading and unloading of storage areas... This then requires the understanding of the behavior of this technique under cyclic and/or dynamic loading.The work done in this thesis constitutes a contribution to understanding the behavior of this type of structures, and is particularly interested in modeling the mechanisms that develop in the load transfer mattress under a quasi-static vertical cyclic loading . Two complementary approaches have been followed: Experimental: by performing experimental tests using a new 1g tridimensional physical model with a scale factor of 1/10, Numerical: by performing numerical tridimensional simulations in a continuous media using the software FLAC3D.At first, the experimental work has allowed us to study the behavior of this reinforcement technique under monotonic and cyclic loading implementing the digital image correlation method. A parametric study performed with the physical modeling allowed us to study the influence of the granular load transfer platform (LTP) and the boundary conditions (presence of a rigid slab at the surface of the LTP).Secondly, the experimental results have served as a database for the validation of a numerical model in continuous medium. The first step of the numerical modeling is to validate a numerical model at the same reduced scale of the physical model. The validation of the numerical modeling approach at the reduced scale allowed us in a second step to perform a parametric study in order to determine the influence of different parameters on the behavior of the system.

Le disque intervertébral est principalement composé de deux types de tissu : le nucleus pulposus au centre contenu par l'annulus fibrosus en périphérie.Le nucleus est relativement bien décrit dans la littérature contrairement à l'annulus dont la constitution bi-phasique couplée à une structure à fibres orientées reste délicate à modéliser. La caractérisation hydro-chimio-mécanique représente un point clé dans la compréhension des phénomènes qui régissent le comportement de l'organe.Pour répondre au manque d'information, deux axes de travail sont mis en place : expérimental et numérique.La réalisation de tests de traction cyclique associés à des techniques de corrélation d'images permet de fournir une base de données complète du comportement.Elle est ensuite utilisée pour identifier un modèle hydro-chimio-mécanique qui traduit le comportement non-linéaire, anisotrope, dissipatif ainsi que la sensibilité aux variations d'environnement chimique du tissu observés expérimentalement.L'intérêt majeur de cette méthode est l'identification simultanée de l'ensemble des paramètres du modèle au cours de sollicitations proches des conditions physiologiques sur chacune des éprouvettes.Ce protocole réduit ainsi les incertitudes liées aux variabilités inter-individus et inter-localisations pour obtenir des valeurs de paramètres plus fiables.La formulation identifiée permettra de proposer un modèle compréhensif des transferts de fluide impliqués dans les processus de nutrition cellulaire.Ce sujet s'intègre dans une réflexion plus large relative à la compréhension des couplages hydro-chimio-mécaniques dans les tissus biologiques.L'enjeu est de quantifier l'impact des stimuli mécaniques sur l'évolution des tissus humains et leur adaptation aux conditions environnementales. / Intervertebral disc is mainly divided into two parts : nucleus pulposus surrounding by annulus fibrosus.Nucleus is relatively well described in literature, on the other hand annulus remains difficult to model due to its bi-phasic constitution coupled with an oriented fibres structure.Hydro-chemo-mechanical characterization represent a key point to reach a better understanding of this organ.To overcome this lack of knowledge, two axes are developed in this work : experimental and numerical.Cyclic tensile tests associated to digital image correlation techniques allow to obtain a large amount of data on global tissue behaviour.It permit to identify a hydro-chemo-mechanical model which takes in account the non-linear, anisotropic and dissipative behaviours.It also highlights sensibility to chemical variations in tissue environment observed experimentally.The most important point of this work is the simultaneous parameter identification performed on each sample during solicitations similar to in vivo conditions.This protocol reduce inter-individuals and inter-localisations discrepancies and leads to an accurate bundle of parameters.The formulation aims to accurately model fluid motion inside intervertebral disc tissues which is related to cell nutrition, growth and homoeostasis.This work is involved in a larger problematic about hydro-chemo-mechanical coupling within biological tissues.It will allow to quantify mechanical stimuli influence on human tissues evolution and adaptation to environment conditions.

Cette étude expérimentale traite la localisation des déformations sur un grès poreux: le grès de Vosges. Un nombre des essais triaxiaux sont effectués sous des pressions de confinement (i.e., 20 MPa - 190 MPa) et des déformations axiales différentes pour mieux comprendre la réponse mécanique de ce grès. La localisation des déformations a été étudiée dans des différentes échelles en appliquant une variation de mesures de champs (full-field methods) comme la Tomographie Ultrasonore (en 2D), les Emissions Acoustiques (en 3D), les Rayons X (en 3D), et la Corrélation des Images (en 3D). Les méthodes expérimentales ont été appliquées avant, pendant et après les essais triaxiaux. Des coupes fine ont été observées sous le microscope optique et électronique (SEM). La combinaison des multiples techniques expérimentales, qui ont des différentes sensitivités et résolutions, a décrit la procédure de la formation et l'évolution des bands de déformation observées sur le grès de Vosges. Des bandes de cisaillement ont été formées sous des pressions intermédiaires et des bandes de compaction sous des pressions élevées. Des bandes de compactions pure n'ont pas été observées.Les bandes de déformations observées se sont caractérisées comme des zones de déformation de cisaillement localisée et/ou de compaction. En plus, elles se sont caractérisées comme des structures de fable vitesse ultrasonore, des places d'origine des fissures inter- ou intra- granulaires, et des places des densités de matériel élevées.Deux mécanismes principales ont été observées au niveau de grain dans les bandes de cisaillement et de bandes de compaction (shear-enhanced compaction bands): d'un cote c'est la fissuration des grains (endommagement) et de l'autre cote c'est la réduction de porosité (sur la forme de compaction). Les deux mécanismes i présent différences sur leurs proportions et leur ordre d'occurrence dans le temps.

L'École des Mines d'Albi et le LAAS-CNRS ont engagé en 2006 une collaboration avec AIRBUS Toulouse et EADS-IW pour le développement d'un système de vision artificielle destiné à l'inspection de pièces aéronautiques (panneaux de fuselage ou de voilure, métalliques ou composites) en vue de la détection de défauts de forme (écarts à la forme nominale souhaitée). Le système est constitué de plusieurs caméras (au moins quatre) afin de pouvoir inspecter des pièces de grande taille. Les caméras sont fixées sur une structure rigide statique et les pièces à inspecter sont positionnées devant cette structure. N images de la pièce à inspecter sont acquises de façon synchronisée et sont utilisées afin de reconstruire la pièce observée en 3D. Ce mémoire aborde les différentes stratégies envisagées pour l'exploitation d'un système multi-caméras. Les étapes nécessaires à la numérisation d'une pièce sont présentées, et plus particulièrement : l'appariement par corrélation multi-images (un critère de corrélation multi-images bien adapté au contexte multi-caméras est décrit), le recalage de nuages de points 3D par corrélation d'images, et l'aide au calibrage. L'utilisation de plusieurs caméras a montré de nombreux avantages. Elle permet la numérisation d'objets de grande taille (surface de plusieurs m²), fournit la forme complète d'un objet à partir d'une seule acquisition d'images (acquisition one-shot), améliore la précision de numérisation grâce à la redondance d'informations, permet de s'affranchir de problèmes de réflexion spéculaire dans le cas d'objets réfléchissants. Les algorithmes développés ont été évalués à la fois à partir d'images synthétiques et par comparaison aux mesures fournies par plusieurs systèmes commerciaux de numérisation 3D.

Cette étude expérimentale traite la localisation des déformations sur un grès poreux: le grès de Vosges. Un nombre des essais triaxiaux sont effectués sous des pressions de confinement (i.e., 20 MPa - 190 MPa) et des déformations axiales différentes pour mieux comprendre la réponse mécanique de ce grès. La localisation des déformations a été étudiée dans des différentes échelles en appliquant une variation de mesures de champs (full-field methods) comme la Tomographie Ultrasonore (en 2D), les Emissions Acoustiques (en 3D), les Rayons X (en 3D), et la Corrélation des Images (en 3D). Les méthodes expérimentales ont été appliquées avant, pendant et après les essais triaxiaux. Des coupes fine ont été observées sous le microscope optique et électronique (SEM). La combinaison des multiples techniques expérimentales, qui ont des différentes sensitivités et résolutions, a décrit la procédure de la formation et l’évolution des bands de déformation observées sur le grès de Vosges. Des bandes de cisaillement ont été formées sous des pressions intermédiaires et des bandes de compaction sous des pressions élevées. Des bandes de compactions pure n’ont pas été observées.Les bandes de déformations observées se sont caractérisées comme des zones de déformation de cisaillement localisée et/ou de compaction. En plus, elles se sont caractérisées comme des structures de fable vitesse ultrasonore, des places d’origine des fissures inter- ou intra- granulaires, et des places des densités de matériel élevées.Deux mécanismes principales ont été observées au niveau de grain dans les bandes de cisaillement et de bandes de compaction (shear-enhanced compaction bands): d’un cote c’est la fissuration des grains (endommagement) et de l’autre cote c’est la réduction de porosité (sur la forme de compaction). Les deux mécanismes i présent différences sur leurs proportions et leur ordre d’occurrence dans le temps. / This PhD thesis presents a laboratory study aiming at a better understanding of the stress-strain response of the Vosges sandstone (porous rock) tested at a range of confining pressures (i.e., 20-190 MPa) and different axial strain levels. Localised deformation was captured at different scales by a combination of full-field experimental methods, including Ultrasonic Tomography (2D), Acoustic Emissions (3D), X-ray Tomography (3D), and 3D volumetric Digital Image Correlation, plus thin section and Scanning Electron Microscope observations (2D). These experimental methods were performed before, during and after a number of triaxial compression tests. The combined use of the experimental techniques, which have different sensitivity and resolution, described the processes of shear band and shear-enhanced compaction band generation, which formed at low to intermediate and relatively high confining pressures, respectively. Pure compaction bands were not identified. The deformation bands were characterised as zones of localised shear and/or volumetric strain and were captured by the experimental methods as features of low ultrasonic velocities, places of inter- and intra-granular cracking and structures of higher density material. The two main grain-scale mechanisms: grain breakage (damage) and porosity reduction (compaction) were identified in both shear band and shear-enhanced compaction band formation, which presented differences in the proportions of the mechanism and their order of occurrence in time.