La simulation d'assemblage CAO en environnement virtuel donne une nouvelle dimension au développement rapide et à moindre coût d'un produit, en permettant de travailler collaborativement autour de la maquette numérique. L'interaction entre l'utilisateur et la simulation suppose que les modèles mécaniques utilisés soient conformes à la réalité, dans la mesure où les résultats de la simulation doivent être proches du comportement des objets matériels réels. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressé au traitement des interactions entre objets 3D, dans le cadre spécifique des assemblages haptiques. L'objectif de la thèse est d'étudier les différents modes de dynamique applicables dans les simulations d'assemblage CAO. Ce domaine de recherche comporte plusieurs verrous technologiques et scientifiques concernant le couplage des interfaces haptiques avec des moteurs de simulation dynamique. La contrainte de temps interactif, très restrictive, impose à toutes méthodes dynamiques de détecter des collisions et calculer des efforts de contact de manière très rapide et avec des critères forts de stabilité mécanique. Dans ce contexte, nous proposons d'appliquer les technologies de l'interaction haptique, pour la réalisation d'assemblages mécaniques issus de la CAO. Parmi les nombreux facteurs qui influencent le degré de réalisme d'une simulation interactive d'assemblage, nous nous concentrons sur le réalisme des comportements physiques des objets 3D simulés ainsi que sur les performances de l'utilisateur dans la réalisation de tâches d'assemblage. Dans le cadre précis des simulations haptiques, nous proposons de traiter simultanément ces deux facteurs. Au sein d'une même simulation d'assemblage, l'utilisateur doit pouvoir percevoir des comportements dynamiques réalistes lors d'interactions élémentaires avec l'environnement virtuel, ainsi que pouvoir réaliser des tâches d'A/D de manière efficace. Dans les simulations d'assemblage, nous avons identifié deux phases de manipulation où le traitement dynamique des contacts peut être réalisé~: soit de manière contrainte pour aider les utilisateurs à positionner des objets dans l'espace, soit de manière non contrainte pour obtenir un rendu haptique réaliste des interactions. L'approche proposée consiste donc à séparer les interactions liées à l'exploration des scènes haptique, des interactions liées aux assemblages. Au sein d'une même simulation d'assemblage, nous proposons d'utiliser des modèles de traitement dynamique non contraint pour les phases exploratoires et l'utilisation de modèles de dynamique contrainte pour réaliser les assemblage haptiquement. Dans une première contribution, nous proposons de baser la simulation haptique sur une modélisation rigoureuse de la mécanique~: pour rendre compte de comportements réalistes des objets, nous utilisons les méthodes de dynamique non régulière, et particulièrement des approches de non smooth contact dynamics (NSCD). Dans une deuxième contribution, nous proposons d'identifier les différentes étapes qui composent l'assemblage interactif, pour assister l'utilisateur dans la réalisation de tâches de montage et de démontage. Cette assistance consiste en un guidage virtuel des objets, qui contraint géométriquement et cinématiquement les mouvements des objets à assembler. Nous présentons une nouvelle méthode de guidage, baptisée guidage virtuel contraint, qui applique des contraintes cinématiques aux objets, en fonction des tâches à réaliser. La transition entre le mode exploratoire, géré par dynamique non contrainte et le mode assemblage, géré par dynamique contrainte, est assuré par un guidage géométrique inspiré des virtual fixtures, qui constitue une troisième contribution.

Les propriétés du béton constituant les enceintes de confinement des centrales électronucléaires évoluent sous les effets de mécanismes de vieillissement résultant notamment de transferts couplés de chaleur et de masse au sein du matériau. Ces phénomènes peuvent être modélisés par des équations de transports moyennées : lois de Fick pour le transport d’espèces en solution et lois de Fourier pour la description de la diffusion thermique. Dans cette étude, les développements concernent la diffusion de la thermique dans un milieu hétérogène fissuré représentant un matériau cimentaire dégradé chimiquement. Le problème thermo-mécanique est traité à l'aide d'une approche multi-corps reliés par des lois d’interactions enrichies (zones cohésives). La diffusion thermique est écrite dans le formalisme cohésif-volumique en prenant en compte le couplage entre un état d'endommagement local de la zone cohésive et une conductivité homogénéisée. Afin d'optimiser les coûts de calculs, une étude est menée sur la dimension d'un volume élémentaire représentatif (VER). Pour cela, la méthode d'eigenerosion est étendue à la fissuration de milieux hétérogènes puis appliquée aux milieux cimentaires. La propagation de fissures sous chargement thermique est ensuite analysée dans des VERs de béton dégradés représentatifs des enceintes de confinement des centrales nucléaires après plusieurs années. Le vieillissement est modélisé par un taux de pré-dégradation initial entre le mortier et les granulats. Le développement de multi-fissures est relié au taux de pré-dégradation et la formation "d'écrans" à la diffusion de la thermique est mise en avant. / During their confinement in a nuclear power plant, the mechanical properties of the constitutive materials of concrete change as a result of ageing. This is due to the transportation of chemical species at the microscopic level of the media. Firstly, this can be modelled with average equations. The Fick laws represent the evolution of chemical diffusion and the Fourier laws, the transportation of heat at a mesoscopic level. In this research, we will consider thermal evolution on a fractured media.This thermomechanical problem is solved with a staggered method. The mechanical contribution used an approach based on multi-bodies system linked with cohesive zone models. The thermal problem is based on the approximation of the heat transfer equation at the cohesive interface. This approach has been implemented and validated. The description of the heat trough the interface is composed with the definition of an homogenised conductivity and the local damage parameter. In order to optimize the computational cost with a good agreement of the crack propagation, a criterion is proposed for sizing a representative elementary volume (REV). The eigenerosion method is used, validated and extended to heterogeneous media. Two studies are carried out on the morphological properties on a cementious media. As a result of those studies, a minimal size for a REV is defined.Crack spread under thermal loads are investigated on a media representing the concrete of the containment of a nuclear power station. The ageing effect are taken into account as an initial damage between the mortar and the aggregates. These parameters are expressed in terms of rate of initial damage. A study is proposed for different values of this rate. As assumed, the development of multi-cracks is linked with the rate of initial damage and the creation of thermal border is proposed.

Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustible, tubes minces et élancées, à fort taux de combustion lors de transitoires accidentels. La fissuration est étudiée à l'échelle locale et basée sur la notion de zone cohésive, laquelle est mise en oeuvre à l'aide d'une approche multicorps. Afin de prendre en compte une fissuration en mode mixte, les modèles de zone cohésive considérés sont couplés à du contact frottant. L'approche Non-Smooth Contact Dynamics est mise en oeuvre pour le traitement dynamique des problèmes de contact frottant non réguliers. Compte tenu des dimensions mises en jeu, une démarche multiéchelle permet de prendre en compte la microstructure dans un calcul de structure. A l'échelle microscopique, les propriétés effectives surfaciques, entre les corps, sont obtenues par homogénéisation numérique périodique. Une formulation à deux champs du problème Eléments Finis multicorps est ainsi obtenu. La méthode NSCD est alors étendue à cette formulation. L'outil de simulation numérique développé permet des simulations dynamiques en grandes transformations depuis l'amorçage de fissures jusqu'à la ruine du matériau. La mise en oeuvre à l'échelle microscopique est effectuée par calcul sur des cellules de bases pour plusieurs tirages de microstructures aléatoires. A l'échelle macroscopique, des calculs dynamiques de structures sur des portions de gaine en fonction du taux moyen et du gradient d'hydrogène mettent en évidence le rôle prépondérant de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.

Du point de son comportement mécanique, la maçonnerie apparaît comme un géomatériau quasi-fragile composite, caractérisé par la coexistence de trois échelles d'études (macroscopique, mésocopique et microscopique) et deux comportements intimement couplés, l'endommagement fragile et la plasticité non-associée. Suite à une revue bibliographique étendue des nombreuses modélisations déjà proposées (approche macroscopique phénoménologique, approche micromécanique, analyse multi-échelle), il semble que deux points importants restent encore difficiles à traiter : la prise en compte de la structure de l'appareil et la localisation de la déformation liée au caractère adoucissant et non-associé des comportements. <br />Afin de répondre à ces problèmes, une modélisation micromécanique discrète dans un cadre dynamique non-régulier a été proposée. La maçonnerie est vue comme un milieu divisé composé d'une collection de corps déformables reliés par des lois non-régulières. Le modèle de base pour les joints vifs, composé du contact unilatéral et du frottement de Coulomb est enrichi pour les joints de mortier par des modèles de zone cohésive, fragile ou à endommagement progressif. Le cadre numérique de cette modélisation s'appuie sur la méthode ``Non-Smooth Contact Dynamics'' apte à intégrer la dynamique non-régulière en présence de contraintes unilatérales et de frottement sec. Le comportement des corps est traité par des méthodes aux éléments finis adaptées au caractère discret des structures modélisées. Les lois non-régulières d'interfaces sont résolues quant à elles par des méthodes itératives dédiées aux problèmes de complémentarité de grande taille.<br /> Enfin, une collaboration interdisciplinaire a été conduite avec les architectes et les archéologues du bâti pour mener à bien des études d'édifices monumentaux en utilisant la stéréophotogrammétrie numérique.

Le mécanisme de la touche de piano à queue sert à propulser le marteau vers les cordes. Ce mécanisme permet au pianiste de contrôler avec précision la vitesse et l'instant d'impact du marteau sur la corde. Il est raisonnable de penser que c'est le comportement dynamique de la touche qui permet cette contrôlabilité. Avec pour perspective l'amélioration du rendu haptique des claviers numériques, cette thèse propose une méthode de simulation d'un modèle complet du mécanisme. Le son généré par la vibration qui suit l'impact du marteau sur les cordes n'entre pas dans le cadre de l'analyse. Des modèles du mécanisme comportant plusieurs degrés de liberté, des frottements et des contacts intermittents, ont été proposés depuis une quinzaine d'années. Notre approche se distingue de celles suivies jusqu'ici par un changement du point de vue adopté pour valider et pour simuler le modèle. En se fondant sur l'étude approfondie d'un modèle à un degré de liberté, il est en effet montré que la simulation d'un modèle dynamique complet doit se faire à l'aide d'un pilotage en déplacement, tandis que les travaux récents et anciens présentent des simulations pilotées en force. Une analyse des problèmes numériques liés aux discontinuités de vitesses survenant au sein du mécanisme durant l'enfoncement de la touche est présentée. Ils sont résolus par des méthodes de dynamique non-régulière implémentées dans le logiciel XDE. Les résultats sont présentés sous forme de comparaison avec les mesures expérimentales. La plupart des irrégularités des forces mesurées se retrouvent dans les forces simulées, en jeu piano comme en jeu forte. Les simulations rendent également bien compte de la cinématique de chaque élément du mécanisme. Une analyse de sensibilité du comportement dynamique aux paramètres du modèle est enfin exposée.