Applying the anisotropy of magnetic susceptibility to analogue models provides detailed insights into the strain distribution and quantification of deformation within contractional tectonic settings like fold-and-thrust belts (FTBs). Shortening in FTBs is accommodated by layer-parallel shortening, folding, and thrusting. The models in this research reflect the different deformation processes and the resulting magnetic fabric can be attributed to thrusting, folding and layer-parallel shortening. Thrusting develops a magnetic foliation parallel to the thrust surface, whereas folding and penetrative strain develop a magnetic lineation perpendicular to the shorting direction but parallel to the bedding. These fabric types can be observed in the first model of this study, which simulated a FTB shortened above two adjacent décollements with different frictional properties. The different friction coefficients along the décollements have not only an effect on the geometric and kinematic evolution of a FTB, but also on the strain distribution and magnitude of strain within the belt.  The second series of models performed in this study show the development of a thrust imbricate and the strain distribution across a single imbricate in more detail. Three models, with similar setup but different magnitudes of bulk shortening, show strain gradients by gradual changes in principal axes orientations and decrease in degree of anisotropy with decreasing distance to thrusts and kinkzones. These models show that at the beginning of shortening, strain is accommodated mainly by penetrative strain. With further shortening, formation of thrusts and kinkzones overprint the magnetic fabric locally and the degree of anisotropy is decreasing within the deformation zones. At thrusts, an overprint of the magnetic fabric prior deformation towards a magnetic foliation parallel to the thrust surfaces can be observed. A rather complex interplay between thrusting and folding can be analysed in the kinkzones. In general, this thesis outlines the characteristics of magnetic fabric observed in FTBs, relates different types of magnetic fabric to different processes of deformation and provides insights into the strain distribution of FTBs.

Le premier but de cette thèse est de développer une méthode objective pour l'interprétation de profils sismiques et des structures qui sont susceptibles d'être des réservoirs pétroliers. Le deuxième but est l'amélioration de la prévision des fractures dans les roches laminées, qui déterminent la perméabilité. Les expériences et les résultats analytiques montrent l'initiation, l'évolution et l'arrêt d'un kink et d'un pli de propagation de rampe (PPR). Les expériences avec paraffine multicouches établissent la relation entre la distribution des fractures, la formation des charnières endommagées et l'évolution d'un pli de kink. Les résultats analytiques se fondent sur des règles géométriques combinées à l'approche externe de l'analyse limite. Les bandes de compaction, les failles et les plis sont en concurrence à l'initiation du kink. Le mode dominant dépend de l'inclinaison des couches et de la profondeur d'enfouissement de la structure. Les résultats sont présentés dans une carte de mécanismes dominant dans l'espace des enfouissements et l'inclinaison des couches. La même approche est utilisée pour étudier le PPR dont l' évolution se termine à cause de l'initiation d'une faille. Parmi tous les paramètres, c'est l'angle de friction dans les charnières qui contrôle cette transition. La deuxième partie de cette thèse présente les résultats expérimentaux, numériques et analytiques sur les fractures. Une couche composée de gypse compacté, est en extension par sa base et se fracture en mode I. La relation entre la distance entre les fractures et l'épaisseur d'une couche est linéaire, quand la structure est saturée en fractures. Cette saturation est liée à un décollement de la base de la couche. La méthode des éléments finis et la théorie de la plasticité permettent de valider ces résultats. L'approche analytique (analyse limite) a donné un critère simple pour prédire si un décollement ou une fracture va se former. Un nouveau critère pour la distance entre deux fractures est proposé. Dans la dernière partie de cette thèse, un nouveau dispositif expérimental est présenté afin d'étudier les fractures en flexion. L'épaisseur d'une couche n'influence pas la distance entre les fractures si il y a seulement une flexure. Cette influence est par contre grande si la couche est cintrée et en extension.

La dynamique d'instabilité d'un écoulement laminaire décollé est étudiée expérimentalement et son contrôle par le biais de la simulation numérique. La configuration étudiée est une couche limite laminaire décollée au dessus d'une géométrie de type bosse.Pour une certaine gamme de paramètres, l'écoulement de recirculation en aval de la bosse est caractérisé par un battement basse fréquence. L'étude expérimentale de cette dynamique a permis de retrouver les différents régimes d'instabilité mis a jour par voie numérique. Ces résultats prouvent notamment que les instabilités basse fréquence, dont l'existence a été surtout mise en évidence dans des configurations d'écoulements compressibles, sont un phénomène générique pour des bulles de recirculations allongées. Le contrôle du battement basse fréquence est ensuite étudié par voie numérique suivant deux approches complémentaires. Un asservissement en boucle fermée de la dynamique de perturbation linéaire est tout d'abord proposé. Les modes d'instabilité linéaires sont utilisés afin de construire des modèles réduits de la dynamique de perturbation. Cette réduction de modèle donne lieu à des estimateurs de faible dimension capables d'estimer la dynamique et de la contrôler. Ainsi la dynamique d'instabilité linéaire peut être supprimée en couplant le système de Navier-Stokes linéarisé avec le contrôleur.Le contrôle de la dynamique non linéaire est ensuite étudié en utilisant une méthode d'optimisation Lagrangienne. Cette méthode permet de calculer les lois de contrôle à partir de la dynamique non linéaire des équations de Navier-Stokes. / The dynamics and control of a separated boundary-layer flow have been investigated. Separation is triggered by a bump mounted on a flat plate and the transition dynamics has been investigated experimentally. For a certain parameter range, the recirculation region is subject to self-sustained low-frequency oscillations, and results from the numerical simulation for the same geometry are recovered. These results show that low frequency oscillations, observed mainly in compressible flow regimes, are inherent to elongated recirculation bubbles.The control of this low-frequency instability has been investigated using modern control theory based on two complementary approaches. Feedback control of the linear perturbation dynamics is first considered. Global instability modes are used to build reduced-order estimators. This model reduction gives rise to low-dimensional compensators capable of controlling the unstable dynamics. Once coupled to the unstable linearised Navier-Stokes system, the compensator is seen to succesfully control the unstable dynamics. The control of the nonlinear dynamics is then investigated using adjoint-based optimisation procedures. This method is used to compute control laws based on a complete knowledge of the nonlinear dynamics. Although the low-frequency instability is clearly attenuated, it seems difficult to control the flow towards its steady state, using only a few blowing/suction actuators localized on the wall.

Les chaussées subissent des sollicitations liées au trafic et au climat conduisant à leur dégradation, par fissuration notamment. Il est nécessaire dans le contexte actuel de pouvoir modéliser le comportement de ces structures multicouches endommagées afin de prévoir leur durée de vie résiduelle ou dimensionner des solutions de renforcement. L’objectif de la thèse est ainsi de proposer un outil de calcul dédié à l'analyse 3D des chaussées fissurées ou comportant des discontinuités. L’approche retenue repose sur la modélisation simplifiée d’une chaussée par un empilement de plaques du Modèle Multi-particulaire des Matériaux Multicouches à 5n équations d’équilibre (M4-5n). Un outil de calcul rapide de référence de chaussées 2D fissurées et une méthode de résolution générale du M4-5n par Eléments Finis mixtes sont développés. Le point de départ de la méthode de résolution est l’écriture, pour le M4-5n, du principe variationnel basé sur le théorème de l'énergie complémentaire où la condition de contraintes statiquement admissibles est assurée à partir de multiplicateurs de Lagrange. La discrétisation des efforts généralisés utilise des espaces d’interpolation permettant le bon conditionnement du système d’équations algébriques à résoudre et garantissant la stabilité de la solution. La méthode est implémentée dans FreeFem++. Elle ramène le problème 3D initial à une modélisation EF 2D et conduit à des valeurs finies des efforts généralisés au niveau des fissures ou décollement d’interface. L’outil de calcul final ainsi développé est validé et appliqué à l’étude de la réponse d’une structure fissurée,représentative d’une chaussée testée en vraie grandeur sur le site de l’IFSTTAR. / Pavements are multilayer structures which undergo cracking distress due to traffic and climatic factors. It is important nowadays to be able to model the mechanical response of such damaged pavements in order to assess their residual lifetime or to design reinforcement solutions. In this context, the present thesis aims at developing a numerical tool dedicated to the analysis of pavements incorporating cracks or discontinuities. In the developed approach, the pavement structure is modeled as a stacking of “plate” elements of typeM4-5n (Multi-Particle Models of Multilayer Materials) which considers 5n equilibrium equations. A reference quick 2D calculation tool for cracked pavements and a general solving of M4-5n by the mixed Finite Element (FE) method was developed. The starting point for this method is the derivation for M4-5n of the variational principle based on the complementary energy theorem whose condition of statically admissible stress is taken into account using Lagrange multipliers. Discretization of the generalized stresses involves interpolation spaces, proposed to avoid ill-conditioned system of algebraic equations after discretization and to insure stability of the solution. The developed method is implemented in a FreeFem++ script. In this method, the initial 3D problem can be handled through FE simulations in 2D and finite values of the generalized stresses are obtained at crack and interlayer debonding locations. The developed numerical tool was validated and applied to the study of the mechanical response of a structure with cracks representative of a pavement tested underfull-scale conditions during an accelerated fatigue test performed at IFSTTAR.

L’objectif de cette thèse est de faire progresser la modélisation de la transition de couche limite sur des aubes de turbines basse-pression fortement chargées. Cette modélisation repose sur l’utilisation du modèle de transition de Menter et Langtry utilisé pour des calculs RANS dans le code elsA. Une fois les limitations du modèle de transition clairement identifiées par une étude sur la mise en données des calculs, nous avons entrepris de modifier ce dernier. Pour cela, un processus d’optimisation a été développé afin de permettre la recalibration des fonctions de corrélation internes au modèle de transition. Cette nouvelle version du modèle nous permet d’obtenir des gains sur la modélisation d’environ 20 % sur les cas T106C du VKI en capturant mieux la transition au sein du bulbe de décollement. Ces précédents calculs correspondent à des cas idéaux, où l’on peut considérer les surfaces comme étant lisses. Cependant, nous avons aussi un besoin de se rapprocher de surfaces plus réalistes pour lesquelles les rugosités peuvent avoir un impact sur l’écoule- ment. En effet, les rugosités de surface peuvent notamment avoir un effet sur la transition. En particulier, si les rugosités entraînent le déclenchement de la transition en amont du point de décollement laminaire théorique en surface lisse, ce décollement sera supprimé. Vu nos efforts pour améliorer la prévision de la transition par bulbe de décollement par le modèle γ-Rθt, il parait intéressant que celui-ci puisse prendre en compte l’état des surfaces. Pour cela, nous avons implanté une méthode de prévision de la transition sur surfaces rugueuses développée par Stripf et al. au sein du modèle γ-Rθt. Enfin, l’utilisation du modèle de transition γ-Rθt a été étendue au modèle de turbulence k-l de Smith. / The goal of this thesis is to enhance laminar-turbulent transition modeling on high-lift low- pressure turbine blades. The presented transition modeling method relies on the Menter and Langtry transition model used in a RANS framework in the elsA solver. Once the model’s limits were clearly identified through a parametric study, we moved on to modification of the model. To do so, an optimization method was developed that allows recalibration of the model’s inner correlation functions. This new version of the model allows us to obtain modeling gains of about 20% on the VKI T106C cases through better capture of the separation-induced transition process. These previous computations correspond to ideal cases, for which surfaces may be considered as being smooth. However, we also have the need to consider more realistic surfaces for which roughness may influence the flow. Indeed, among those effects, is the potential influence of surface roughness on transition. In particular, if surface roughness induces transition up-stream of the smooth separation point, the separation bubble will be suppressed. Considering our efforts on modeling separation-induced transition with the γ-Rθt model, it seemed natural to add roughness-induced transition modeling capacities to it. To do so, we implemented in the γ-Rθt model a method developed by Stripf et al. to take into account surface roughness. Finally, the use of the γ-Rθt transition model was extended to the k-l of Smith tur- bulence model. Indeed, this turbulence model is widely used in turbomachinery. In order that our works on transition modeling over turbine blades be more widely usable, we have completed this thesis by proposing an evolution of the transition model so that it may be used alongside the k-l model.

Dans cette étude on présente les résultats de simulations numériques réalisées sur un écoulement de marche descendante. L'influence de la condition aux limites amont est examinée alors que les calculs sont menés au moyen de la méthode de Simulation des Grandes Echelles.<br />La première condition d'entrée considérée est constituée d'un profil de vitesse moyen turbulent perturbé par un bruit blanc. Les données de la seconde condition d'entrée sont quant à elles issues d'un calcul précurseur de couche limite turbulente.<br />Les visualisations de l'écoulement et l'examen des statistiques portant sur les vitesses et la pression montrent comment la couche cisaillée après la séparation est modifiée par la nature de la condition d'entrée.<br />Dans le cas de la simulation utilisant un calcul précurseur en entrée, l'étude révèle l'influence déterminante des structures de la couche limite incidente. Notamment, on montre de quelle manière les courants de basses et hautes vitesses ainsi que les tourbillons quasi-longitudinaux associés sont responsables de la déstabilisation précoce de la couche cisaillée, conduisant alors à la réduction de la taille de la bulle de recirculation.<br />Pourtant, malgré les différences de conditions initiales, les écoulements des deux simulations développent une structure relativement similaire à l'approche du rattachement, si bien que l'influence de la condition d'entrée est négligeable, dans cette zone et plus loin dans l'écoulement. Le contenu spectral des deux écoulements est aussi examiné, permettant ainsi de mettre en évidence les deux régimes d'oscillations basses fréquences caractéristiques de ce type de configuration : l'oscillation du rattachement moyen et le battement de la couche cisaillée. La modification de la nature du couplage entre la couche cisaillée et la recirculation principale est rendue responsable du décalage observé pour la fréquence de battement.

L'actionneur « plasma » consiste en une décharge électrique établie dans l'air à pression atmosphérique à la surface d'un isolant. L'apport de quantité de mouvement induit par ces plasmas froids de surface, dû à la migration des ions soumis à la force de Coulomb et appelé "vent ionique", est utilisé ici pour modifier l'état collé ou décollé d'un écoulement. <br />Le travail réalisé est divisé en deux parties. <br />L'objectif de la première partie est de développer l'actionneur afin d'obtenir une décharge stable et homogène à travers deux exemples : la décharge couronne et la décharge à barrière diélectrique (DBD). La décharge couronne est obtenue en appliquant une haute tension, AC ou DC, entre deux fils placés à l'intérieur de rainures dans l'isolant. Le champ électrique moyen est de 8 kV/cm, pour un courant moyen de 1,5 mA/m pour une puissance électrique moyenne de 75 W/cm2. La DBD est obtenue en appliquant une haute tension alternative (plusieurs kV avec une fréquence allant de 100 à quelque kHz) entre deux électrodes placées de part et d'autre de l'isolant. Les mesures de vent ionique ont montré pour ces deux décharges une vitesse de 3 m/s environ à 1 mm au-dessus de la paroi.<br />Dans une seconde partie nous avons testé les performances de l'actionneur pour le contrôle d'écoulements. Des essais préliminaires à faible vitesse (< 2 m/s) ont montré la possibilité de recoller un écoulement et de contrôler les structures crées en aval à l'aide d'une décharge pulsée. A plus haute vitesse (´ 30 m/s), nous avons contrôlé l'état collé ou décollé d'un écoulement dans le cas d'une couche de mélange plane et d'un jet à section rectangulaire. Nous avons alors observés des modifications sur les propriétés du développement aval de l'écoulement, comme par exemple l'épaisseur de couche de mélange ou de vectorisation du jet. Par ailleurs, ces derniers travaux semblent indiquer que l'actionneur est plus efficace pour le décollement que le recollement et lorsque l'actionneur utilisé est la DBD.

Dans l'optique de développer à terme des modèles pertinents et in fine améliorer le design de véhicules supersoniques, cette étude propose une analyse détaillée de l'influence d'un choc et d'un transfert de chaleur sur la structure de la turbulence au sein d'une couche limite supersonique. La stratégie numérique utilisée repose sur des simulations numériques directes des équations de Navier-Stokes à l'aide de schémas WENO et compact d'ordre élevé. Le développement complet de la couche limite est simulé à l'aide d'un forçage amont à la paroi afin de s'assurer du plus haut degré de réalisme dans la zone d'étude. Des conditions de séparation naissante et deux conditions thermiques de paroi (adiabatique et refroidie) sont considérées. L'analyse se concentre sur l'altération des caractéristiques moyennes et turbulentes à travers la zone d'interaction et au sein de la zone de relaxation, sur la base de profils moyens et de paramètres intégraux. L'amplification anisotrope des variables turbulentes est quantifiée tandis que les évènements turbulents associés à la modification de la structure globale sont identifiés. La forte modification des champs thermiques moyens et turbulents par le refroidissement est mise en exergue, notamment la diminution significative des quantités turbulentes à travers la couche. Par ailleurs, la réduction à la fois des longueurs d'influence amont, de séparation et de relaxation est mise en évidence.

Le présent mémoire de thèse propose de nouvelles méthodes de simulation pour la prédiction du comportement dynamique des bâtiments sous séisme. En s'appuyant sur la similitude architecturale des étages d'un immeuble, une méthode d'homogénéisation des milieux à périodicité unidirectionnelle est élaborée afin de réduire son modèle structural tridimensionnel à un modèle simplifié (poutre équivalente). La structure simplifiée est ensuite étudiée en interaction avec le sol. La dispersion significative observée sur les propriétés du sol est introduite sous la forme d'une matrice d'impédance aléatoire construite à l'aide du maximum d'entropie. L'ensemble est soumis à un signal sismique naturel et la réponse dynamique est calculée dans le domaine linéaire (cas déterministe et stochastique) et dans le domaine non-linéaire (décollement de fondation). Dans le cas non-linéaire, une sous structuration de type Craig-Bampton permet de déterminer la réponse de la structure par analyse modale

Les observations détaillés indiquent que la chaîne de Xuefengshan peut être divisé en deux parties, la zone Ouest, caractérisée par des plis-coffrés, et la zone Est à déformation ductile polyphasée. Elles sont séparées par le chevauchement principal vers l'Ouest. Dans la zone Est, les structures dominantes sont des plis à vergence NW associés à des schistosités pénétratives de plan axial et des linéations NW-SE. De l'ouest vers l'est, la schistosité montre un style en éventail. Les roches du socle affleurent seulement autour des plutons triasiques. Les roches de la chaîne de Xuefengshan sont généralement déformées ductilement mais faiblement métamorphisées, toutefois, sous la croûte supérieure, on met en évidence un décollement ductile et synmétamorphe qui accommode les différences de déformation entre les roches sédimentaires et le socle. L'architecture de la chaîne du Xuefengshan résulte de la déformation polyphasée: la première phase (D1) est caractérisée par un cisaillement ver le nord-ouest. Le deuxième phase (D2) correspond au rétro-plissement vers le SE. La dernière phase (D3) est un événement de raccourcissement NW-SE avec des plis doits et schistosités verticales. En combinant ces nouveaux résultats structuraux avec les données géochronologiques, la chaîne de Xuefengshan est interprété comme un orogène intracontinental formé au Trias moyen. Cette chaîne résulte du sous-charriage continental d'une partie du bloc de Chine du Sud, en réponse à l'effet lointain de la subduction de la plaque de Paleo-Pacifique vers le nord-ouest.