L'objectif ultime de ce travail de thèse consiste à établir un bilan énergétique à l'échelle du grain afin de caractériser et de vérifier la cohérence thermodynamique de modèles de comportement utilisés pour rendre compte du développement de la plasticité cristalline dans les matériaux métalliques. La première partie de ce travail a consisté à mettre en place un protocole d'élaboration du matériau permettant d'obtenir la microstructure souhaitée, compatible avec des moyens d'observations macroscopiques. Les échantillons d'aluminium à très gros grains (centimétriques) ainsi obtenus sont utilisés pour effectuer des essais cycliques durant lesquels les champs cinématiques et thermiques sont mesurés au moyen de techniques de Corrélation d'Images Numériques et de Thermographie Infra-rouge. Deux techniques de traitement d'image spécifiques ont été proposées. Elles permettent d'introduire des hypothèses sur les champs cinématiques et thermiques qui soient adaptées à la microstructure (ici continuité intra-granulaire du déplacement, de la température et du flux). Ces méthodes permettent d'accéder à des mesures complètement indépendantes d'un grain à l'autre tout en améliorant la robustesse des méthodes de mesure. Ces méthodes ont été validées numériquement en utilisant des images de synthèse sur lesquelles ont été appliqués des champs hétérogènes. Une campagne d'essais cycliques a enfin été menée sur les multi-cristaux d'aluminium élaborés. Les méthodes développées ont permis d'observer le développement de la plasticité intra-granulaire et le développement de la fissuration inter-granulaire. / The main objective of this PhD thesis is to establish an energy balance at the grain scale in order to assess the thermomechanical consistency of material models used to predict the development of crystal plasticity of metals.The first part of this work consists in setting a protocol allowing the material elaboration with the desired microstructure which is to be compatible with the use of classical macroscopic observation devices. The obtained coarse-grained aluminum samples (with centimeter grains) are used in cyclic tensile tests. During these tests, the kinematic and thermal fields are recorded with Digital Image Correlation and Infra-Red Thermography techniques.Two specific imaging techniques were developed. They allow introducing ad hoc hypotheses (i.e. consistent with microstructure) on the kinematic and the thermal fields. In this work, these hypotheses consist in intra-granular continuity conditions on the displacement, temperature and heat flux fields. These methods give independent measures on each grain while improving the robustness of the measurement methods. These methods were numerically validated using computer-generated images heterogeneously loaded.Cyclic tests were finally performed on the processed aluminum multi-crystals. The developed methods allowed the observation of the development of intra-granular plasticity and the development of inter-granular cracking.

Les données accumulées sur les mouvements du sol apportent des connaissances très importantes sur les processus de rupture des séismes, les caractéristiques du milieu de propagation, la relation entre le mouvement du sol et les dommages des structures... Cependant, les séismes de faible et moyenne amplitude étant plus fréquents que les grands événements sismiques, les bases de données de mouvements de sol utilisées dans le développement de modèles de prédiction du mouvement du sol ne contiennent pas beaucoup de données de forts séismes. Le point le plus critique concerne les stations proches de la rupture de la faille, pour lesquelles les bases de données restent mal échantillonnées. Les pays à sismicité modérée ou élevée pour lesquels des failles majeures peuvent se briser à proximité de ses grandes villes, sont donc confrontés à un risque sismique majeur, mais le manque d’enregistrements du mouvement ne permet pas une bonne prédiction des mouvements fort du sol. Il est donc nécessaire de simuler le mouvement fort en champ proche. Cette thèse est divisée en 2 parties. La partie 1 se concentre sur une meilleure compréhension de la rupture sismique et de son rapport avec le mouvement du sol proche de la faille. Les mécanismes de génération des valeurs de pics du mouvement du sol sont étudiés pour des ruptures homogènes et hétérogènes. Une analyse quantitative de sensibilité du mouvement du sol aux paramètres cinématiques de la rupture est présentée, pour des sites au voisinage de la rupture ainsi qu’en champ lointain. Un second chapitre est consacré à un effet de source majeur en champ proche: l’effet de directivité. Ce phénomène se produit lorsque la rupture se propage vers un site, avec une vitesse de rupture proche de la vitesse de l'onde de cisaillement Vs; les ondes se propageant vers le sites interfèrent de manière constructive et génèrent une onde de grande amplitude appelée pulse. Les caractéristiques de ce pulse, notamment sa durée, représentent des paramètres d’intérêt pour le génie parasismique. Une équation simple est présentée pour relier la durée du pulse à la configuration géométrique de la rupture et du site d'intérêt et aux paramètres de la source. La partie 2 est consacrée à une meilleure estimation de l’aléa sismique au Liban en simulant le mouvement fort pour des sites proches de la faille principale: la faille de Yammouneh. Le Liban est situé dans un environnement tectonique actif où le risque sismique est considéré comme modéré à élevé. Historiquement, des tremblements de terre destructifs se sont produits dans le passé, le dernier remontant à 1202. Cependant, en raison de la sismicité de grande ampleur actuellement peu fréquente, aucun mouvement fort n'a jamais été enregistré au Liban à ce jour. La faille de Yammouneh est une grande faille en décrochement traversant le Liban du Nord au Sud, situant toutes les villes et infrastructures à moins de 25km de la faille. Une tomographie de la structure de la croûte du Liban, en termes de vitesse des ondes de cisaillement Vs, est réalisée en utilisant le bruit ambiant. À notre connaissance, il s’agit de la première étude de la tomographie Vs 3D au Liban. Par la suite, une approche hybride est utilisée pour simuler le mouvement du sol en champ proche sur une large bande de fréquences (0.1-10Hz). Aux basses fréquences (≤1Hz), des ruptures potentielles de M7 sont simulées (comme définie dans les chapitres précédents), et les fonctions sources obtenues sont convoluées aux fonctions de Green calculées pour le modèle de propagation des ondes issu de la tomographie Vs afin d’estimer le mouvement du sol à proximité de la faille. Le mouvement du sol est complété par un contenu haute fréquence (jusqu’à 10 Hz), en utilisant un modèle stochastique calibré par des enregistrements en champ proche, et en tenant compte de la phase impulsive due à la directivité de la rupture. / Accumulated data of strong ground motions have been providing us very important knowledge about rupture processes of earthquakes, propagation-path, site-amplification effects on ground motion, the relation between ground motion and damage... However, most of the ground motion databases used in the development of ground motion prediction models are primarily comprised of accelerograms produced by small and moderate earthquakes. Hence, as magnitude increases, the sets of ground motions become sparse. Ground motion databases are poorly sampled for short source-to-site distance ranges (‘Near-fault’ ranges). However, the strongest ground shaking generally occurs close to earthquake fault rupture. Countries of moderate to high seismicity for which major faults can break in the vicinity of its major cities are facing a major seismic risk, but the lack of earthquake recordings makes it difficult to predict ground motion. Strong motion simulations may then be used instead. One of the current challenges for seismologists is the development of reliable methods for simulating near-fault ground motion taking into account the lack of knowledge about the characteristics of a potential rupture. This thesis is divided into 2 parts. Part 1 focuses on better understanding the seismic rupture process and its relation with the near-fault ground motion. The mechanisms of peak ground motion generating are investigated for homogeneous as well as for heterogeneous ruptures. A quantitative sensitivity analysis of the ground motion to the source kinematic parameters is presented, for sites located in the vicinity of the fault rupture, as well as far from the rupture. A second chapter is dedicated to a major near-fault source effect: the directivity effect. This phenomenon happens when the rupture propagates towards a site of interest, with a rupture speed close to the shear-wave speed (Vs); the waves propagating towards the site adds up constructively and generates a large amplitude wave called the pulse. The features of this pulse are of interest for the earthquake engineering community. In this chapter, a simple equation is presented that relates the period of the pulse to the geometric configuration of the rupture and the site of interest, and to the source parameters.Part 2 is dedicated to better estimate the seismic hazard in Lebanon by simulating the strong ground motion at sites near the main fault (the Yammouneh fault). Lebanon is located in an active tectonic environment where the seismic hazard is considered moderate to high. Historically, destructive earthquakes occurred in the past, the last one dates back to 1202. However, strong motion has never been recorded in Lebanon till now due to the presently infrequent large-magnitude seismicity, and therefore facing an alarming note of potential new ruptures. The Yammouneh fault is a large strike-slip fault crossing Lebanon, making all its regions located within 25km away from the fault. At first, the crustal structure tomography of Lebanon, in terms of Vs, is performed using the ambient noise, in order to characterise the wave propagation from the rupture to the ground surface. To our knowledge, this is the first study of the 3D Vs tomography in Lebanon. Afterwards, a hybrid approach is presented to simulate broadband near-fault ground motion . At low-frequencies (≤1Hz), potential ruptures of M7 are simulated (as defined in the previous chapters), and the generated slip rate functions are convolved with the Green’s functions computed for the propagation medium defined by the Vs tomography. The ground-motion is complemented by a high-frequency content (up to 10Hz), using a stochastic model calibrated by near-fault recordings and accounting for the presence of the directivity pulse. The computed peak ground acceleration is compared to the design acceleration in Lebanon.

La flamme à point d'arrêt est une configuration académique d'écoulement réactif offrant la possibilité de comparer les résultats de l'analyse théorique avec les données expérimentales. La disposition géométrique retenue pource travail est celle d'un écoulement axisymétrique turbulent heurtant sous indice normale une paroi solide : dans ces conditions, une flamme de prémélange peut être stabilisée entre le plan d'injection et la paroi solide. Les conditions de faible turbulence et l'hypothèse d'un régime de flammelette permettent de mener une analyse asymptotique de cet écoulement réactif et en particulier d'exprimer les termes de transport turbulent de masse sous la forme d'une expression algébrique. Sur le plan de l'application, la combustion dans des écoulements étirés et éventuellement non-isenthalpiques du fait des pertes thermiques pariétales est une problématique récurrente rencontrée dans la conception des foyers industriels : l'étude des propriétés dynamiques et structurales d'une flamme stabilisée au voisinage d'une paroi adiabatique ou non permet d'étudier les influences respectives de l'étirement et de la température de paroi. Sur le plan fondamental, l'ambition est le développement de modèles de combustion à fonction densité de probabilité multi-dimensionnelles, prenant en compte une variable d'avancement de la combustion, l'enthalpie, voire la fraction de mélange. Dans un premier temps, l'objectif est limité à la mesure simultanée des champs de vitesse et de variable d'avancement de la combustion en condition de paroi adiabatique. Le banc Vestales, conçu pour atteindre cet objectif, est composé d'un injecteur de prémélange réactif (propane-air), équipé d'une grille de turbulence et d'une paroi solide disposée en vis-à-vis. Les mesures de vitesse sont effectuées par Anémométrie Doppler Laser (A.D.L.) et Vélocimétrie par Images de Particules (V.I.P.). Afin de déterminer simultanément la variable d'avancement à partir des images V.I.P., un traitement d'image original a été développé pour l'extraction du contour des fronts de flammes locales (flammelettes). Le couplage des contours actifs aux approches frontières et régions s'avère une méthode robuste et précise permettant une analyse topologique du contour. L'étude est limitée à deux valeurs de l'étirement (100 et 120 s−1) et de richesse (0,89 et 0,99). L'écoulement a été caractérisé par A.D.L. et V.I.P. dans différents plans. Une analyse statistique et fréquentielle de la turbulence est proposée. Les grandeurs caractéristiques de la turbulence sont exprimées en terme de moyenne de Reynolds et de Favre, en particulier le flux turbulent de la variable d'avancement, ce qui autorise la comparaison avec des résultats issus de la théorie asymptotique d'une part et de la simulation numérique bidimensionnelle d'autre part.

Depuis quelques années, il y a une exigence accrue quant à la rapidité de transferts d'information, notamment, en raison de la généralisation des applications multimédia sur le système de communication sans fil. Pour y remédier, les chercheurs du laboratoire Bell en 1996 ont proposé une technique d'emploi simultané de réseaux d'antennes en émission et en réception (MIMO). Le canal MIMO est alors constitué par un ensemble de sous-canaux. Grâce à cette technique, le débit et la qualité de transmission peuvent être améliorés sans augmenter la puissance de transmission et la bande passante supplémentaires. Cependant, les gains obtenus par ce système peuvent se diminuer en raison de la corrélation entre les sous-canaux du canal MIMO, en particulier, si la séparation entre antennes est limitée et l'étalement angulaire est étroit. Donc, l'objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est de proposer un système MIMO à diversité de polarisation qui permet de réduire la corrélation entre les sous-canaux et en même temps de miniaturiser la taille des réseaux d'antennes. <br /> Le travail présenté dans cette thèse est d'abord consacré à la caractérisation et à la modélisation du canal de transmission compte tenu des diverses composantes de polarisation des antennes à trois dimensions. Est traitée également l'étude comparative de la capacité de deux types de systèmes de communication multi-antennes. D'une part, il s'agit du système de communication multi-antennes à polarisation unique : dans ce système, sont exploités des antennes ayant les mêmes polarisations. D'autre part, sont examinés les systèmes à polarisation multiple, à savoir, les systèmes MIMO à double polarisation, à triple polarisation et à sextuple polarisation.

Dans le cadre de la préparation de l'expérience L3 sur LEP au CERN, cette thèse présente une étude d'une portion du calorimètre électromagnétique formée de 100 cristaux de germanate de bismuth (B.G.O.). La lumière de scintillation de chacun des cristaux est lue par des photodiodes de grande surface (2 X 1.5 cm2).<br />L'electronique asociée aux photodiodes est étudiée de façon détaillée depuis les préamplificateurs de charge (responsabilité spécifique du groupe de lyon) jusqu'aux convertisseurs analogique-digital.<br />En particulier, le rapport signal sur bruit est discuté en relation avec les performances du détecteur à basse énergie. Le bruit électronique obtenu par cristal est de l'ordre de 1300 électrons, soit 1.5 MeV B.G.O. Il comporte une partie intrinsèque et une forte partie corrélée qui joue un rôle important à basse énergie dans la dégradation de la résolution en énergie. L'ensemble des résultats obtenus a permis d'atteindre le stade final de la construction du calorimètre électromagnétique.

L'autosimilarité et l'évolution asymptotique intermédiaire sont des caractéristiques fondamentales de divers phénomènes physiques. Les recherches dans le domaine de l'optique ont mené à la prévision et à l'observation du similariton, nouvelle classe d'impulsions optiques ultracourtes présentant un profil d'intensité parabolique et développé par celles-ci au cours de leur propagation dans un amplificateur fibré à dispersion normale. Au delà de leur intérêt scientifique, les similaritons optiques sont d'une importance pratique primordiale du fait que leur profil peut être maintenu sans distorsion dans toute fibre à dispersion normale active ou passive et parce qu'ils possèdent un chirp strictement linéaire facilitant leur compression. Ce mémoire s'attache à mettre en évidence les possibilités d'obtention de ce profil dans un amplificateur à fibre dopée erbium. Les impulsions expérimentales caractérisées à l'aide d'un dispositif FROG présentent un profil d'intensité ainsi qu'une dérive fréquentielle en accord avec les résultats issus d'un modèle numérique. Nous avons aussi été en mesure d'étudier la formation des ailes du similariton durant son régime asymptotique intermédiaire. Une application typique des similaritons consiste dans le développement de sources impulsionnelles ultracourtes; expérimentalement nous avons développé un dispositif femtoseconde totalement fibré combinant un amplificateur à similaritons et une fibre à bandes interdites photoniques.

Les alliages Al-Mg-Si-(Cu) de la série 6016 sont utilisés sous forme de tôles pour<br />la réalisation d'ouvrants dans l'industrie automobile. Leur particularité est de pouvoir<br />être durcis durant la cuisson des peintures (typiquement 30 minutes à 185°C). Ce phénomène<br />s'explique par un durcissement structural : le traitement thermique de cuisson des<br />peintures appliqué à une solution solide sursaturée active la diffusion des solutés et la précipitation<br />de phases métastables plus ou moins cohérentes avec la matrice d'aluminium<br />qui vont ralentir le mouvement des dislocations.<br />Ces différentes phases métastables ont des tailles extrêmement petites (parfois inférieures<br />à 1nm), ce qui les rend difficiles à analyser autrement qu'en sonde atomique tomographique.<br />Une attention toute particulière a été apportée au développement de nouvelles<br />techniques d'interprétation et de traitement des données afin de faire reculer les limites de<br />l'instrument.<br />Grâce à la sonde atomique, parfois couplée au microscope électronique en transmission,<br />les mécanismes de précipitation de la phase beta" ont été mieux compris. En particulier,<br />nous avons montré qu'un traitement de prérevenu à 90°C appliqué avant le revenu rendait<br />ce dernier plus efficace par la formation d'amas diffus de Mg et de Si qui augmentent la<br />densité numérique d'objets durcissants (amas +beta"). La présence d'aluminium dans les<br />précipités a été démontrée.<br />L'effet du prérevenu sur la corrélation entre les atomes durant les tout premiers stades<br />de décomposition a été étudié directement par le calcul de fonctions partielles de corrélation<br />de paires. Cette méthode a également permis de suggérer un scénario expliquant le<br />durcissement pendant le stockage à l'ambiante par la formation d'atmosphères de solutés<br />autour des dislocations, ralentissant ainsi leur mouvement.

Nous présentons dans ces travaux de thèse la caractérisation optique d'un nouveau type de boîtes quantiques : les boîtes quantiques de CdSe insérées dans des nanofils de ZnSe. <br />Cette étude comprend de la spectroscopie optique standard, où l'on mesure les raies d'émission d'une boite quantique unique en fonction de leur énergie, mais aussi de la spectroscopie résolue en temps, comme des mesures de temps de déclin ou des mesures de corrélation. Les expériences présentées nous ont permis d'étudier la structure fine de l'exciton avec la mesure de l'énergie entre l'exciton noir et l'exciton brillant et le temps de spin flip entre ces deux états. Puis les mesures de corrélation entre chacun des états brillants d'une boîte quantique unique nous ont permis de montrer que nos émetteurs de photons sont des sources de photons uniques de qualité jusqu'à haute température (220 K), et de proposer un modèle décrivant les différents états de cette boîte et leur dynamique de relaxation. <br />Pour finir, nous nous sommes intéressé à la largeur importante des raies d'émission et aux temps caractéristiques de la diffusion spectrale qui en est responsable. Pour cela, nous avons présenté une nouvelle méthode expérimentale basée sur des mesures de corrélation entre des bandes spectrales de la raie permettant de directement mesurer le temps caractéristique de la diffusion spectrale et d'en étudier le comportement en fonction de différents paramètres comme la puissance d'excitation et la température.

La maîtrise des procédés de mise en forme des polymères reste difficile du fait des couplages forts entre les sollicitations thermomécaniques complexes et la micro-stucture du matériau. Nous nous intéressons dans cette étude au cas représentatif du P.E.T. et du procédé d'étirage-soufflage. Nos objectifs sont de caractériser expérimentalement ces couplages pour améliorer leur compréhension et de valider des modèles de comportement représentatifs les prenant en compte, en particulier pour des sollicitations multi-axiales. Les différents éléments développés (machine multi-axiale, éprouvettes cruciformes, logiciel d'inter-corrélation d'image) associés à une caractérisation micro-structurale (densimétrie, dichroïsme IR, diffraction X) nous donnent accès à une large base de données mécaniques et micro-structurelles, obtenues pour des sollicitations variées et représentatives du procédé. Nous l'utilisons pour valider les modélisations existantes et proposer des pistes pour leur amélioration.

Le comportement hydro-mécanique des roches argileuses indurées étudiées par l'ANDRA, pour la faisabilité de l'enfouissement des déchets radioactifs, est identifié expérimentalement à différentes échelles complémentaires dans le but de fournir des éléments pour l'élaboration future de modèles micromécaniques. La localisation spatiale et temporelle des déformations et de l'endommagement est analysée par des mesures de champs (corrélation d'images numériques) et par l'enregistrement d'émissions acoustiques. Les évolutions de la roche au cours des succions sont revisitées de par les apports des observations de la microstructure et des mesures locales de déformations associées aux évolutions de masse. Aux faibles humidités, la perte d'eau induit de la contraction avec refermeture des fissures existantes. Pour les fortes humidités, du gonflement est associé à de la prise d'eau. L'ouverture des fissures existantes et la création d'un nouveau réseau de fissures (de taille millimétrique et d'ouverture de la dizaine de micromètres) contribuent au gonflement apparent observé. Les caractéristiques mécaniques apparaissent dépendantes de la microstructure initiale de la roche (argilosité) et de la microstructure induite par les transferts hydriques (fissuration hydrique). Les états secs présentent des déformations réparties de façon homogène à l'échelle macroscopique et en lien avec la nature hétérogène des phases minérales à l'échelle locale. A cette échelle, la déformabilité est maximale pour les zones à prédominance argileuse. Pour les états humides, aussi bien globalement que localement, la distribution des déformations est hétérogène, dictée à la fois par la microstructure composite de la roche et par la présence du réseau de fissures hydriques.