L'objectif principal de cette thèse est la modélisation de matériaux supraconducteurs, et plus particulièrement, de ceux dits à haute température critique. Ce travail est divisé en deux parties distinctes : dans un premier temps, nous nous intéressons à la reconstruction de la distribution dynamique du courant dans la section d'un ruban supraconducteur à l'aide d'un modèle décrivant son comportement global. Ensuite, nous nous focalisons sur la modélisation électromagnétique et thermique par éléments finis des supraconducteurs en régime sur-critique, c'est à dire au-delà du courant critique Ic. Une introduction à la supraconductivité est faite dans le premier chapitre de ce travail, présentant les propriétés physiques principales que possède un matériau supraconducteur. Ensuite, nous décrirons les différents modèles existants permettant de décrire le comportement d'un échantillon supraconducteur. En se basant sur le modèle de Bean, nous proposons une nouvelle méthode permettant d'évaluer la distribution du courant dans la section d'un ruban monofilamentaire à partir de la mesure du profil magnétique à sa surface. Les résultats obtenus sont comparés avec ceux données par une modélisation certes plus précise, mais aussi plus complexe : l'utilisation de la méthode des éléments finis. Cette dernière sera largement utilisée dans la seconde partie de ce travail, qui traite de la modélisation de matériaux en régime sur-critique. Ceci nécessite d'introduire une formulation différente de l'habituelle loi de puissance Ec(J/Jc)^n pour décrire le comportement électrique du matériau dans une plage de courant plus importante, incluant les régimes sur-critiques. Pour cela, nous proposons une méthode originale, permettant d'approcher des mesures effectuées sur des échantillons d'YBCO et autorisant la description de la transition de l'état supraconducteur vers l'état normal. La dépendance en température a aussi été introduite afin d'étudier les phénomènes thermiques qui se produisent. Il est ainsi possible de résoudre de manière couplée les équations électromagnétiques et thermiques du problème : la résolution d'un pas de temps électromagnétique conduit à la connaissance des pertes locale. Ces pertes sont injectées dans le modèle thermique, et permet de calculer l'augmentation de température correspondante. Ce résultat est alors utilisé pour modifier les paramètres électriques en vue de la résolution du prochain pas de temps. Finalement, cette méthode a été utilisée afin de simuler le comportement d'un limiteur de courant supraconducteur. Le comportement global du système peut être reproduit par le modèle numérique implémenté, autorisant ainsi l'étude des variables locales, telles que la densité de courant ou le profil de température. Les résultats obtenus peuvent être utilisés afin d'optimiser les performances du dispositif selon des critères spécifiques. C'est ainsi que nous avons proposé une modification de la géométrie permettant d'éviter un possible emballement thermique qui pourrait conduire à la destruction du système. Sur la base de cette proposition, des modifications ont été apportées au design du dispositif, et sont actuellement testées.

La problématique scientifique de ce travail porte sur le rôle des paramètres de l'alumine sur les évolutions physico-chimiques de matériaux du système CaO-Al2O3. L'objectif de cette étude a donc été d'identifier les paramètres de l'alumine et autres paramètres d'élaboration ayant une influence sur les interactions physico-chimiques au sein d'un système CaO-Al2O3 dans le but d'expliquer et d'optimiser le comportement mécanique de bétons conventionnels réfractaires dans le domaine de température 800-1200°C. Les bétons réfractaires conventionnels sont des composés hétérogènes constitués de granulats d'alumine tabulaire qui jouent le rôle de squelette, liés par une matrice cimentaire, celle-ci étant constituée de clinker et d'alumine fine. Cette zone de température, entre la déshydratation et la céramisation, n'a fait l'objet que de rares études. La méthodologie adoptée, compte tenu de la complexité du matériau béton, a été la fabrication de matériaux « modèles » en voie sèche afin de simplifier et de maîtriser les microstructures, pour prendre en compte l'influence d'un seul paramètre à la fois et établir les relations entre les paramètres d'élaboration, de microstructure et de propriétés mécaniques. La première partie de l'étude a été consacrée à l'étude des propriétés intrinsèques de la phase liante, dans laquelle ont été mis en exergue les paramètres de l'alumine (surface spécifique, morphologie, et impuretés) ayant une influence sur les paramètres microstructuraux permettant une meilleure réactivité et une meilleure tenue mécanique de la matrice cimentaire. La formation de la phase dicalcique CA2 et le degré d'homogénéité du système sont les deux principaux paramètres qui influent sur la tenue mécanique de la matrice cimentaire : le frittage réactif aboutissant à la phase dicalcique contribue notablement à la consolidation du matériau. Il a été montré la réactivité est favorisée par des alumines de grande surface spécifique et contenant des impuretés, comme la silice et la soude. Un modèle statistique prévisionnel a également été mis au point dans le but de prédire le comportement mécanique des matrices cimentaires selon l'alumine choisie. Ces études, confrontées aux résultats issus de la littérature, ont confirmé que les aluminates de calcium se formaient par diffusion des ions Ca2+ vers les alumines à travers les aluminates de calcium riches en chaux.La deuxième partie de cette étude a permis de caractériser les interactions entre matrice cimentaire et granulats d'alumine tabulaire, et de mettre en avant la formation d'interphases entre les deux constituants. Ces interphases sont d'autant plus importantes et cohésives que les matrices cimentaires sont constituées d'alumines fines et impures, enrichies en chaux (même rapport A/C), et de variations dimensionnelles contrôlées. De cette étude, nous avons pu identifier les leviers permettant d'optimiser les propriétés des matériaux du système CaO-Al2O3 dans le domaine de température intermédiaire 800-1200°C.

In this thesis, we have investigated some interesting dynamical problems in microstructural continuum using Eringen's polar theory. These problems are pertaining to surface waves in a microstretch plate, Stoneley waves at an interface between two different microstretch half-spaces, surface waves in a micropolar cylindrical borehole filled with micropolar fluid, reflection and transmission of elastic waves at a liquid/solid half-space and reflection of elastic waves from a micropolar mixture porous half-space.

Le stockage de CO2 dans les formations géologiques profondes est considéré comme un moyen envisageable de réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. L'état des roches constituant le réservoir est un paramètre clé dont dépendent aussi bien la sûreté que l'efficacité du stockage. L'objectif de cette thèse est de caractériser les risques générés par une modification possible des propriétés mécaniques et de transfert des matériaux du sous-sol suite à une injection de CO2. Des simulations à grande échelle visant à représenter le processus d'injection de CO2 à l'état supercritique dans ut réservoir souterrain ont été réalisées. Une analyse des champs de contraintes obtenus met en évidence la possibilité de rencontrer pour d'importants débits d'injection divers régimes de détérioration des matériaux. Le travail est consacré à l'étude de l'apparition de fissures ouvertes. A la suite d'une étude analytique simplifiée de la formation et de ta propagation de fissures ouvertes dans le milieu considéré basée sur un modèle probabiliste on montre que la formation d'un réseau de fissures est possible. On s'attache alors à développer dans te Code_Aster un outil numérique permettant de simuler la formation de réseaux de fissures. Un modèle non local basé sur une régularisation des contraintes est proposé. Un critère portant sur le facteur d'intensité des contraintes est utilisé pour décrire la propagation des fissures. L'amorçage de nouvelles fissures est décrit par un modèle de Poisson-Weibull. Les paramètres utilisés sont identifiés par une campagne expérimentale menée sur des échantillons prélevés sur un site de stockage géologique de CO2. Le modèle développé est ensuite validé sur des cas numériques, puis par rapport à la campagne expérimentale réalisée.

Les recherches sur les systèmes de tenségrité, classe à part parmi les structures spatiales, systèmes réticulés à contraintes initiales, structures légères et visuellement transparentes, connaissent un essor important. L'un des derniers verrous à briser pour qu'ils soient développés sur le plan industriel réside dans le contrôle opérationnel de l'autocontrainte, qui assure la stabilité et la rigidité, afin de maintenir un état fonctionnel optimal sous sollicitations extérieures. On présente dans ce travail des études expérimentales et numériques qui explorent cette voie. La mise au point de nouveaux moyens de mesures dédiés permet de vérifier certaines hypothèses sur le comportement mécanique réel et d'améliorer la modélisation d'une grille de tenségrité. Ils apportent des réponses sur la problématique de l'identification en place de l'état d'autocontrainte. Numériquement, on approfondit la possibilité d'élaboration de méthodes d'identification transposables au cas complexe de structures en place. Des méthodes de type Levenberg-Marquardt et décrément aléatoire sont ainsi testées sur des grilles de tenségrité. A terme, l'objectif est le contrôle en place sous excitation naturelle et le diagnostic de ruine des systèmes de tenségrité.

L'exploration complète de la diversité bactérienne reste incomplète, due à des limitations techniques (extraction d'ADN incomplète, limites des techniques de caractérisation...), à la complexité et l'hétérogénéité de la matrice sol (présence de microenvironnements...) et à l'existence de populations numériquement faibles. Bien que ces populations minoritaires jouent probablement un rôle important dans le fonctionnement de la communauté, elles sont rarement détectées par les techniques conventionnelles. Nos objectifs dans le cadre de ce travail de thèse ont été de développer des approches tant conceptuelles que techniques qui permettent d‟accéder à un niveau plus important de la diversité bactérienne présente dans les environnements complexes comme les sols. La première approche a pour but de favoriser le développement de bactéries minoritaires grâce à l'inoculation de communautés bactériennes dans des sols stérilisés avec des propriétés physico-chimiques différentes, afin de confirmer ou d‟infirmer le concept de Baas Becking « tout est partout et l‟environnement sélectionne ». Les changements de structures des communautés bactériennes inoculées, sont analysés à l'aide de puces à ADN taxonomique nouvellement développées. Les résultats confirment clairement l'impact de l'environnement sur la structure des populations bactériennes. De plus l'analyse des puces à ADN révèle des bactéries précédemment non détectées, confirmant la présence de populations minoritaires et la possibilité d‟augmenter leur abondance relative sous différentes conditions. La deuxième approche consiste au développement d'une souche bactérienne capable de capturer in situ des fragments d‟ADN. Elle a pour but d'éviter l'étape d'extraction d‟ADN. Cet outil est basé sur la construction d'un système de contre sélection positive permettant de sélectionner les clones ayant intégré des gènes d'intérêt. Nos travaux montrent clairement qu'il est possible d'améliorer l'accès à cette « rare biosphere » sans toutefois pouvoir répondre entièrement à la question : est-ce que tout est partout?

La compétitivité des entreprises manufacturières dépend fortement de la productivité des machines etdes moyens de production. Pour garantir un haut niveau de productivité il est indispensable de minimiser lestemps d'arrêt dus aux fautes ou dysfonctionnements. Cela nécessite des méthodes efficaces pour détecter et isolerles fautes apparues dans un système (FDI). Dans cette thèse, une méthode FDI à base de modèles est proposée.La méthode est conçue pour la classe des systèmes à événements discrets industriels composés d'une bouclefermée du contrôleur et du processus. En comparant les comportements observés et attendus par le modèle, il estpossible de détecter et d'isoler des fautes. A la différence de la plupart des approches FDI des systèmes àévénements discrets, une méthode basée sur des modèles du comportement normal au lieu de modèles descomportements fautifs est proposée. Inspiré par le concept des résidus bien connu pour le diagnostic dessystèmes continus, une nouvelle approche pour l'isolation des fautes dans les systèmes à événements discrets aété développée. La clé pour l'application des méthodes FDI basées sur des modèles est d'avoir un modèle justedu système considéré. Comme une modélisation manuelle peut être très laborieuse et coûteuse pour dessystèmes à l'échelle industrielle, une approche d'identification pour les systèmes à événements discrets enboucle fermée est développée. Basée sur un algorithme connu pour l'identification des modèles monolithiques,une adaptation distribuée est proposée. Elle permet de traiter de grands systèmes comportant un haut degré deparallélisme. La base de cette approche est une décomposition du système en sous systèmes. Cettedécomposition est automatisée en utilisant un algorithme d'optimisation analysant le comportement observé dusystème. Les méthodes conçues dans cette thèse ont été mises en oeuvre sur une étude de cas et sur uneapplication d'échelle industrielle.

Ce document présente une synthèse partielle de mes activités de recherches. J'ai eu la chance de pouvoir travailler sur un même thème depuis le début de ma thèse : les céramiques biomédicales. Il m'a semblé intéressant non seulement de faire le point sur mes recherches, mais également de les replacer dans le contexte plus vaste qu'est l'évolution des biocéramiques depuis dix ans, et leur évolution à venir. Ce document est donc conçu comme un état de l'art sur les céramiques à vocation biomédicales. Il se divise en deux grandes parties, indépendantes l'une de l'autre, pourquoi pas destinées à terme à être enrichies et éditées séparément. La partie A s'intéresse aux céramiques bioinertes utilisée en orthopédie en particulier pour les applications prothétiques (prothèses de hanche, de genou...). Le chapitre A1 en particulier résume la partie la plus aboutie de mes recherches : il se veut aussi exhaustif que possible sur la zircone biomédicale, allant des aspects purement matériaux (transformation de phase, renforcement...) aux propriétés d'usage, en insistant sur les mécanismes de dégradation. Le chapitre A2 tente de discerner les matériaux céramiques et composites du futur en orthopédie : zircones cériées ou stabilisées au magnésium, matériaux non oxydes... La partie B s'intéresse aux céramiques bioactives, plutôt utilisées pour les applications de substitution osseuse. Ces céramiques étant trop fragiles, cette partie propose plusieurs pistes pour améliorer leurs propriétés mécaniques. Ce sont soit des matériaux ou composites purement céramiques (bioverres et matériaux poreux à gradient de fonctions dans la partie B1), soit des composites céramique – polymère (partie B2). Il est difficile de parler de biocéramiques sans parler de leurs propriétés biologiques. C'est par choix qu'elles ont été écartées de ce mémoire. En effet, les différents matériaux que le lecteur verra défiler sous ses yeux ont la plupart du temps servi de support à des cultures cellulaires, afin de vérifier leur biocompatibilité. Mais d'une part je ne considère par avoir pris une part significative à cette caractérisation biologique, d'autre part la détailler ici aurait encore allongé un manuscrit déjà conséquent.

La séparation de sources aveugle dans le cas sous-déterminé est un problème mal posé pour lequel on suppose que les sources sont indépendantes et parcimonieuses dans le domaine temps-fréquence. La séparation se fait alors en deux étapes : une étape d'estimation des paramètres du mélange, suivi d'une étape d'estimation des sources. Les hypothèses faites sur les sources ne sont cependant pas valides sur l'ensemble des points temps-fréquence, si bien que les approches qui traitent naïvement de l'ensemble des points de manière identiques et indépendantes, sont peu robustes pour estimer les paramètres du mélange et les sources. L'objet de cette thèse est d'exploiter la distribution locale du mélange dans les voisinages de chaque point temps-fréquence, afin de : - Détecter les régions temps-fréquence où une seule source est active et d'estimer la direction de la source dominante dans ces régions ; - Estimer la distribution des sources en chaque point temps-fréquence à l'aide de la connaissance sur les paramètres du mélange. L'approche locale que nous proposons est étayée par un algorithme de clustering appelé DEMIX, qui estime de façon robuste les paramètres du mélange dans les cas instantanés et anéchoïques. D'autre part, l'estimation locale de la distribution des sources peut être utilisée pour apprendre des MMG spectraux qui jusqu'à présent nécessitaient une étape d'apprentissage à partir d'exemples. Nous montrons que cette approche améliore l'estimation des sources de plusieurs dB en SDR.

L'utilisation des moyens de calcul de type éléments finis couplés aux progrès techniques en matière de mesures de champs expérimentaux, tant microstructuraux que mécaniques, ouvrent la voie à une richesse de dialogue expérience/calcul qui ne se limite plus à la seule réponse macroscopique obtenue sur un volume élémentaire représentatif. L'objectif de ce travail concerne l'exposé de la méthodologie adoptée et des outils développés pour l'identification de paramètres pertinents de lois de comportement de matériaux hétérogènes à partir de la définition de leur microstructure et des mécanismes responsables, au sein du volume élémentaire représentatif, de leur comportement élasto-plastique voire de leur endommagement. Nous nous intéresserons tout particulièrement à préciser la notion d'hétérogénéités, qui est fortement dépendante de la base de mesure choisie, que se soit pour l'expérimentation ou pour les simulations numériques. Nous aborderons d'autre part, les questions relatives à la pertinence de mesures de surface pour décrire le comportement d'un volume de matière puis nous nous focaliserons sur l'intérêt d'utiliser des mesures cinématiques, obtenues en cours d'essais mécaniques in situ comme conditions aux limites des simulations numériques. Nous discuterons de la mise en place de cette méthodologie à partir de résultats obtenus à partir d'alliages métalliques et de matériaux virtuels.