Depuis l'invention du soudage par frottement malaxage (FSW) en 1991 par The Welding Institute (TWI), l'industrie aéronautique envisage de remplacer l'assemblage par rivetage des tôles par ce procédé. L'objectif est d'alléger les structures, plus particulièrement les panneaux des structures d'aéronefs qui sont souvent raidis avec des lisses et des profilés assemblés à la peau extérieure. La qualification du procédé FSW dans l'aéronautique requiert de produire des joints de très haute qualité avec une longue durée de vie des outils. Ceci nécessite un réglage fin des paramètres procédé tels que la géométrie de l'outil (dimensions de l'épaulement et du pion, filetage) et les vitesses d'avance et de rotation. Le but de ce travail est d'accompagner la conception du procédé par la simulation numérique. Il comporte trois parties: (1) le développement de la formulation arbitrairement lagrangienne ou eulérienne (ALE) dans la version parallèle du logiciel Forge® pour l'adapter au FSW, (2) la modélisation du procédé FSW et (3) la calibration du modèle EF et la validation des résultats numériques suite à la réalisation d'essais FSW en configuration par recouvrement.Ce travail est basé sur la formulation ALE parallèle développée dans Forge® afin de modéliser les différents défauts caractéristiques du FSW (bavures et trous). L'algorithme de transport des champs continus, indispensable au caractère eulérien, est affiné afin de considérer les particularités de l'écoulement du procédé (nœud du plan d'entrée, en contact avec l'outil ou dans les bavures et sortant du domaine d'étude). Un nouveau schéma d'intégration temporelle basée sur les coordonnées cylindriques plus adapté à ce procédé fortement rotationnel est introduit. Enfin, un filetage sur l'outil est modélisé par l'introduction d'une nouvelle loi de frottement à l'interface outil / matière.Cette formulation ALE générale et parallèle a montré sa robustesse pour modéliser le procédé FSW. Les résultats thermomécaniques sont en accord avec de précédents résultats validés par l'expérience. De plus l'outil numérique obtenu a montré ses capacités pour la modélisation des bavures ou des pertes de contact derrière le pion.Finalement la configuration de soudage par recouvrement industrielle a été étudiée. Pour cela des essais expérimentaux ont été réalisés pour divers paramètres du procédé et divers types de joints de recouvrement. Puis les mesures de forces et du couple dans l'outil et de la température dans l'outil et la tôle ont permis de calibrer les paramètres du modèle (frottement, loi de comportement, coefficients thermiques) et de valider les résultats EF. / Since the invention of Friction Stir Welding (FSW) in 1991 by The Welding Institute (TWI), aeronautics industry has been investigating the possibility to use this process instead of riveting with the objective to lighten its structures and more particularly the aircrafts structure panels. Aircraft panels are often straightened with stringers and profiles which are joined to the outer skin. The qualification of FSW process in aeronautics requires producing very high quality joints with the longevity of tools, which requires fine tuning of process parameters such as the geometry of the welding tool (shoulder and pin dimensions, threads on pin and shoulder) and the advancing and rotating speeds. The aim of this work is to support the design of the process by numerical simulation. It has three parts: (1) developing an efficient and accurate Arbitrary Lagrangian or Eulerian (ALE) formulation within the parallel version of Forge® software, (2) modelling the FSW process and (3) calibrating the F.E. model and validating simulation results thanks to FSW experiments on lap joints.This work is based on the parallel ALE formulation developed in Forge® to model the different possible defects taking place in FSW (flashes and worm holes). The transport algorithm of continuous fields, required by the Eulerian frame, is enhanced to take the special characteristics of the FSW's flow into account (nodes located in input plan or flashes or in contact with the tool). A new time integration scheme based on cylindrical coordinates, which are best suited for this process, is introduced. Finally, the pin and shoulder threads are modelled by introducing a new friction law at the tool / material interface.This general and parallel ALE formulation is robust enough to model the FSW process. Thermomechanical results obtained are in agreement with previous results validated by experiences. And the numerical tool demonstrated its ability to model flashes formation and losses of contact behind the pin. Finally industrial welding lap joints configuration was studied. Experimental tests were conducted with several process parameters and type of lap joint. And measure of torque and forces in tool, and temperature in tool and sheet metal allowed to calibrate model parameters (friction, behavior law, thermal coefficients) and to validate FE results.

L’igname (Dioscorea spp) est un aliment de base de plus de 100 millions de personnes en Afrique. L’objectif de cette thèse était d'étudier la diversité génomique de l'igname, comprendre les bases génétiques de sa domestication, et d'étudier son adaptation à différentes zones climatiques. L’étude du processus de domestication de l’igname a été menée par une approche de génomique comparée entre l’espèce cultivée D. rotundata et deux espèces sauvages apparentées D. praehensilis et D. abyssinica, en utilisant des données de séquençage NGS génomique. Nous avons mis en évidence des sélections fortes de gènes de la voie de biosynthèse de l’amidon. Des gènes impliqués dans la morphologie des tubercules ou l’aptitude au phototropisme, ainsi que des gènes du complexe NADH deshydrogenase ont également été identifiés comme sélectionnés durant la domestication. Ce même complexe NADH-DH a également été identifié lors de la recherche de gènes associés à la distribution d’une collection d’ignames selon la variabilité climatique. Nous avons aussi créé la première banque de novo d’éléments transposables (ET) de l’igname. L’étude que nous avons menée sur les éléments répétés (ER) du génome de l’igname nous a permis d’identifier une forte corrélation entre la variabilité des abondances relatives d’un grand nombre d’ERs et la variabilité climatique. Enfin, nous avons pu proposer une hypothèse quant à l’origine de l’igname cultivée D. rotundata. La domestication de l'igname dériverait de l'espèce inféodée au milieu forestier, D. praehensilis. Ces résultats remettent en cause l’hypothèse d’une origine stricte en zone de savane pour les espèces cultivées et l’agriculture en Afrique de l'Ouest. / Yam (Dioscorea spp) is a major staple for more than 100 million people in Africa. The main objectives of the present PhD project were to study yam genomic diversity, its domestication, and to characterize the genomic determinism of its adaptation to different climatic zones. We investigated the genetic basis of yam domestication in a comparative genomic approach between the cultivated species D. rotundata and two wild close relatives D. praehensilis and D. abyssinica, by exploiting NGS sequencing data. We demonstrated that genes from the starch biosynthesis were selected during yam domestication. Genes related to tuber morphology or phototropism ability, as well as genes of the NADH dehydrogenase complex were also under selection. The same NADH-DH complex was also identified when assessing adaptation to climate variability. We also created the first de novo database of yam transposable elements (TEs). The study we performed on these repeat elements (REs) highlighted a strong correlation between the variability in relative abundances of numerous REs and climatic variability. Finally, we were able to propose an hypothesis on the origin of the cultivated yam D. rotundata. Our hypothesis identifies the origin of yam in the forest areas, with the species D. praehensilis as the putative progenitor. Our results question the generally admitted hypothesis of savannah origins for crops and agriculture in Africa.

Ce travail s’intéresse à la modélisation de la variabilité des surfaces frottantesde garnitures de freins automobile et a pour objectif principal d’améliorer lesmodèles éléments finis de prédiction d’instabilités dynamiques conduisant au crissement. La variabilité est étudiée au sens de la description et de l’évolution des surfaces en contact. Une analyse statistique expérimentale de plusieurs plaquettes, soumises à quatre programmes d’usure différents, permet de construire une description non déterministe des surfaces en contact. Cette description fait intervenir soit des champs aléatoires pour la représentation de la topographie des surfaces, soit des paramètres aléatoires dans les lois de contact, pour tenir compte de la variabilité au niveau structurel et tribologique. Un modèle de frottementlocal intégrant la dépendance à la pression, la température et la vitesse de glissement est proposé. Une première simulation montre que la modélisation permet d’obtenir des distributions de pression réalistes. La méthodologie proposée est ensuite évaluée sur deux systèmes de freinage industriels présentant des comportements au crissement différents. Les résultats de campagnes d’essais vibratoires et acoustiques préalables, par vibrométrie Laser et holographie acoustique, permettent de vérifier et d’ajuster la qualité des modèles éléments finis de ces systèmes. L’impact de la variabilité des surfaces sur le crissement est observé sur banc d’essais puis simulé par l’analyse fréquentielle. Les comparaisons confirment que la méthodologie permet de vérifier l’impact de l’évolution de l’interface plaquette-disque sur le comportement crissant de systèmes de freinage complexes. / This work concerns the modelling of the variability of automotive brake liningsurfaces, and has for main purpose the improvement of the predictive aspect of finite element model dealing with the study of dynamic instabilities leading to squeal. The study of the variability is done considering the description and the evolution of the surfaces in contact. An experimental statistical analysis of several brake pads, following four different wear programs, allows the development of a non-deterministic description of the surfaces in contact. This description brings into play either random fields for the modelling of the surfaces topography modelling, or random parameters for the modelling of contact laws, lining structure and tribological behaviour. A local rubbing model considering pressure, temperature and slipping velocity is suggested. Moreover, realistic pressure distributions are achieved. Afterwards, the method given is assessed for two different industrial braking systems, with two different squeal behaviours. The results of a preliminary vibratory and acoustic series of tests, by means of Laser vibrometry and acoustic holography, allow to check and to adjust the quality of the finite element models. The consequences of the surfaces variability on the squeal is examined on test benches, and then simulated with the frequency analysis method. Comparisons with experimental results confirm the capacity of the methodology to analysis the impact of the pad-to-disc interface evolutions on the squealing behaviour of complex brake systems. The methodology capacity for checking the impact of the pad-disc interface evolution on the squeal behaviour of complex braking systems is confirmed by comparisons.

Ce travail porte sur le couplage des déformations d'une bulle avec son sillage et sa trajectoire dans plusieurs configurations. Un formalisme de type eulérien-lagrangien permet d'écrire le problème sur un domaine mouvant faiblement déformé par rapport à la configuration de référence. Grâce à cette approche, il est possible d'étudier dans un cadre linéaire le couplage entre les déformations d'une bulle et les effets hydrodynamiques. En appliquant ce formalisme, on peut dans un premier temps calculer l'écoulement de base autour de la bulle et sa géométrie d'équilibre, et dans un second temps développer une approche de stabilité globale prédisant les seuils d'instabilité et les propriétés des modes d'oscillation. Afin de développer cette méthode, des résultats sur les oscillations linéaires de bulles et de gouttes dans un fluide au repos et sans influence de la gravité sont tout d'abord présentés et comparés à des résultats théoriques existants. Puis, le principe du formalisme eulérien-lagrangien est illustré en prenant pour problème modèle l'équation de la chaleur formulée sur un domaine arbitrairement déformé. Ce principe est ensuite appliqué aux équations de Navier-Stokes, aboutissant à une version linéarisée autour d'un domaine de référence incluant de manière complète les couplages entre déformations de la géométrie et perturbations de l'écoulement. On met en oeuvre sur le système obtenu une méthode itérative de Newton donnant accès à l'état de base, c'est-à-dire à l'écoulement stationnaire autour de la bulle et à sa forme d'équilibre. Ce même système permet par la suite d'effectuer une analyse de stabilité globale de l'écoulement autour d'une bulle qui se déforme. L'algorithme développé est d'abord appliqué au cas d'une bulle piégée dans un écoulement d'étirement, permettant de décrire des formes d'équilibre dans des régimes stables et instables. Le cas de la bulle en ascension dans un fluide pur est ensuite abordé. Une étude paramétrique est conduite, couvrant une vaste gamme de liquides allant de l'eau pure à des huiles de silicone très visqueuses. Les états de base calculés par la méthode de Newton ainsi que les seuils d'instabilité des sillages sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Dans les cas des liquides très peu visqueux, notre approche décrit de manière plus précise les effets visqueux dans les couches limites et donne des résultats plus satisfaisants que les approches numériques existantes. Elle confirme par ailleurs que la déformation de la bulle joue un rôle mineur dans ces gammes de paramètres. Pour les liquides plus visqueux en revanche, on observe un couplage plus fort entre déformation et sillage. / This works deals with the coupling between time-dependent deformation, wake dynamics and path characteristics of a gas bubble in different configurations. An Eulerian-Lagrangian formalism is sought to formulate this problem in a moving domain having a small deformation compared to the reference configuration. This approach allows us to study the linear coupling between bubble deformations and hydrodynamic effects. This formalism makes it possible to first compute the base flow around a bubble and the corresponding steady shape, then to develop a global stability approach aimed at predicting the threshold of path instability and the properties of bubble oscillation modes. To develop this method, we first compute the linear oscillations of bubbles and drops in a quiescent fluid without gravity and compare them to existing theory. Then, the premise of the Eulerian-Lagrangian formalism is illustrated using a model equation, namely the heat equation written in an arbitrarily deformed domain. The same formalism is applied to the NavierStokes equations, yielding a linearized version of these equations in the neighbourhood of a reference domain, including the two-way coupling between shape deformations and perturbations of the base flow. With this system of equations at hand, we implement a Newton method that provides the steady state, i.e. the base flow around the bubble and its geometry. The same system allows us to carry out a global stability analysis of the flow past a deformable bubble. We first consider the situation where the bubble is trapped in a straining flow, for which we compute stable and unstable equilibrium shapes. We finally tackle the case of a buoyancy-driven bubble rising in a pure liquid. A parametric study is carried out over a wide range of liquids, from pure water to high-viscosity silicon oils. Steady states computed with the Newton method and instability thresholds are found to be in good agreement with experimental observations. For low-viscosity fluids, our approach captures the viscous effects that take place in the boundary layer better than existing computational approaches, yielding predictions for the onset of path instability in better agreemnt with observations. Furthermore, it confirms that time-dependent bubble deformations play a minor part for such liquids. In contrast, a stronger coupling between shape and path instabilities is observed in high-viscosity fluids

<p align="justify">Une approche multidimensionelle pour la résolution numérique des équations d'Euler et de Navier-Stokes sur maillages non-structurés est proposée. Dans une première partie, un exposé complet des schémas de distribution, dits de "fluctuation-splitting" ,est décrit, comprenant une étude comparative des schémas décentrés, positifs et de 2ème ordre, pour résoudre l'équation de convection à coefficients constants, ainsi qu'une étude théorique et numérique de la précision des schémas sur maillages réguliers et distordus. L'extension à des lois de conservation non-linéaires est aussi abordée, et une attention particulière est portée au problème de la linéarisation conservative. Dans une deuxième partie, diverses discrétisations des termes visqueux pour l'équation de convection-diffusion sont développées, avec pour but de déterminer l'approche qui offre le meilleur compromis entre précision et coût. L'extension de la méthode aux systèmes des lois de conservation, et en particulier à celui des équations d'Euler de la dynamique des gaz, représente le noyau principal de la thèse, et est abordée dans la troisième partie. Contrairement aux schémas de distribution classiques, qui reposent sur une extension formelle du cas scalaire, l'approche développée ici repose sur une décomposition du résidu par élément en équations scalaires, modélisant le transport de variables caracteristiques. La difficulté vient du fait que les équations d'Euler instationnaires ne se diagonalisent pas, et admettent une infinité de solutions élémentaires (ondes simples) se propageant dans toutes les directions d'espace. En régime stationnaire, en revanche, les équations se diagonalisent complètement dans le cas des écoulements supersoniques, et partiellement dans le cas des écoulements subsoniques. Ainsi, les équations sous forme conservative peuvent être remplacées par un système équivalent comprenant deux équations totalement découplées, exprimant l'invariance de l'entropie et de l'enthalpie totale le long des lignes de courant, et deux autres équations, modélisant les effets purement acoustiques. En régime supersonique, celles-ci se découplent aussi, et expriment la convection le long des lignes de Mach d'invariants de Riemann généralisés. La discrétisation de ces équations par des schémas scalaires décentrés permet de simuler des écoulements continus et discontinus avec une grande précision et sans oscillations. Finalement, dans une dernière partie, l'extension aux équations de Navier-Stokes est abordée, et la discrétisation des termes visqueux par une approche éléments finis est proposée. Les résultats numériques confirment la précision et la robustesse de la méthode.</p>

Les Eléments Traces Métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement.

L'amélioration de la connaissance du comportement rhéologique des matériaux au cours de leur mise en forme passe nécessairement par une meilleure compréhension des essais rhéologiques de laboratoires. C'est pourquoi nous avons développé un modèle inverse d'identification des paramètres rhéologiques, résultant du couplage d'un code de simulation par éléments finis de l'essai avec un module d'optimisation. Le modèle direct de simulation concerne plus particulièrement les tests axisymétriques de torsion, traction et traction-torsion. Il permet une modélisation plus réaliste de l'essai, notamment en ce qui concerne la possibilité de prendre en compte les phénomènes d'auto-échauffement, de localisation de la déformation et d'adoucissement, qui rendent souvent les hypothèses de dépouillement classiques non valables. Le principe d'identification repose sur la détermination des coefficients de la loi de comportement qui minimiseront une fonction coût, exprimant au sens de moindres carrés, l'écart entre le calcul et l'expérience. L'utilisation d'un algorithme de minimisation de type Gauss-Newton nous a amené a développer un calcul de sensibilité paramétrique à partir d'une différentiation analytique des équations discrètes définissant le calcul de simulation. Ainsi, le logiciel d'identification permet d'identifier automatiquement et simultanément les paramètres rhéologiques d'une loi thermo-viscoplastique de type Norton-Hoff, avec une formulation généralisée de la consistance du matériau afin d'obtenir une description adéquate de la compétition existant entre l'écrouissage et l'adoucissement.

Ce travail de thèse s'est inscrit dans la recherche et développement de la photoinscription directe massivement parallèle. L'utilisation d'un masque reconfigurable dans un phototraceur combine la rapidité de la photolithographie par projection et la flexibilité intrinsèque du modulateur spatial de lumière. Le premier axe de travail était d'améliorer la résolution, la vitesse d'écriture et la précision d'un phototraceur existant à Télécom Bretagne et à base d'un modulateur spatial de lumière à cristaux liquides afin d'atteindre la résolution limite possible avec ce système. Nous avons ainsi fabriqué des éléments optiques diffractifs (EOD) dans la photorésine de dimension critique 1 µm à 32 niveaux de phase avec une efficacité de diffraction à l'ordre 0 inférieure à 1% et celle de l'ordre +1 aux alentours de 80%. Le second volet consistait à mettre en place un nouveau phototraceur à l'aide d'un modulateur spatial de lumière à micro-miroirs et d'utiliser des nouvelles longueurs d'onde d'écriture aux alentours de 365 nm, afin d'élargir la gamme de matériaux photosensibles utilisables et d'accéder à une résolution sub-micronique. Ce phototraceur permet la fabrication des EODs binaires par écriture directe dans le matériau sol-gel hybride Ormocer avec une résolution de 700 nm. La dernière partie concernait l'étude et la première démonstration expérimentale de faisabilité de la combinaison de cette technique de phototraçage massivement parallèle avec celle de la photopolymérisation à deux photons qui permet de dépasser la limite de diffraction des systèmes de photoinscription classiques.

Ce mémoire présente le calcul des effets de boucles d'immunisation dans les navires par la méthode des éléments finis. Le système 'd'immunisation est constitué de circuits électriques intérieurs au navire et destinés à compenser l'anomalie magnétique générée par le bâtiment sous l'effet du champ terrestre. La difficulté rencontrée réside dans la proximité entre les circuits électriques et les tôles ferromagnétiques, n en résulte une aimantation très localisée de ces tôles, qui ne peut être correctement calculée qu'en utilisant un maillage extrêmement fin. Sans outil numérique adapté, cette modélisation se révèle donc coûteuse, voire irréalisable dans un cas réel. Une nouvelle technique, la méthode de saut ou de coupure de potentiel, est proposée pour résoudre le problème. Physiquement, l'effet u an circuit sur une tôle se traduit par une quasi-discontinuité du potentiel scalaire j réduit, inconnue principale du système et représentant la réaction du matériau ferromagnétique. Cet effet local, compte tenu de la ( disproportion entre les dimensions des tôles et les distances tôles - circuits, peut être ramené à un problème bidimensionnel et calculé par une méthode analytique ou numérique simple. Le saut de potentiel réduit ainsi calculé est imposé dans la modélisation tridimensionnelle globale comme contraint sur les noeuds des éléments finis de la tôle proches de la boucle. Les différentes validations "■Amériques effectuée:: révèlent des résultats très satisfaisants sur des géométries simplifiées et prometteurs sur une géométrie complexe proche de celle d'un navire réel. Le gain en temps de calcul et en nombre d'inconnues du système est très important par rapport à une résolution s'appuyant sur un maillage très fin. Les validations expérimentales mettent en évidence la cohérence des modèles mathématiques utilisés et le comportement linéaire des matériaux sous ('effets des boucles, rendant inutile la prise en compte de l'hystérésis dans leur modélisation en général et dans le calcul des sauts de potentiel en particulier.

La diffraction tridimensionnelle (3D) des ondes sismiques par des structures à géométrie bidimensionneUe (2D) est étudiée par la méthode indirecte d'éléments de frontière (IBEM, pour Indirect Boundary Element Method). Les ondes incidentes peuvent arriver en dehors du plan 2D et, en conséquence, la diffraction est 3D avec couplage de tous les types d'onde. Ce travail est divisé en trois parties. La théorie de IBEM et son extension aux problèmes de diffraction 3D par des structures 2D sont présentées dans la première partie. La deuxième est consacrée à l'application de la méthode pour l'étude de la diffraction et de l'amplification par des reliefs topographiques et des vallées sédimentaires. La dernière partie consiste en l'étude d'une suture lithosphérique et en une simulation numérique de la diffraction des ondes de surface par cette suture. Les résultats majeurs de ce travail sont à la fois de nature théorique et pratique. IBEM s'avère être une méthode précise et rapide pour simuler la diffraction 3D par des structures 2D. Elle est numériquement stable et permet le calcul du champ d'onde complet en prenant en compte le transfert d'énergie entre différentes types d'ondes. IBEM semble ainsi être un outil prometteur pour l'interprétation de données sismologiques. L'analyse de données ainsi que les simulations numériques de la propagation d'ondes au travers de reliefs topographiques et de vallées sédimentaires montrent que: 1) les effets 3D sont importants, 2) l'amplification dûe aux reliefs topographiques est faible, et 3) des ondes diffractées sont émises du sommet des reliefs. Enfin, nous avons mis en évidence un changement rapide de la structure lithosphérique sous la zone Sorgenfrei-Tomquist par analyse d'ondes de Rayleigh de longue période. La simulation numérique montre que les ondes de Rayleigh incidentes sur une telle suture sont transmises ou réfléchies sous la forme d'ondes de surface ou de volume.