Une recherche active se consacre depuis trente ans au développement de matériaux auto-réparants capables de sentir un dommage et d'y répondre de façon autonome afin de restaurer leurs propriétés d'origine. Nous nous sommes intéressés à l'auto-réparation remarquable d'élastomères supramoléculaires formés par un réseau d'oligomères associés via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Pour cela, une approche expérimentale a été mise au point afin de caractériser quantitativement l'adhésion entre deux surfaces d'élastomère et notamment de comparer l'auto-adhésion de surfaces vieillies proches de l'équilibre thermodynamique et l'auto-réparation de surfaces de fracture hors-équilibres. Sur une large plage de temps de contact allant de 1s à 17h, nous trouvons que la séparation de surfaces de fracture remises en contact requiert une énergie de près d'un ordre de grandeur supérieure à celle pour des surfaces vieillies. En combinant ces essais à des traitements thermiques, nous avons vérifié qu'un recuit des surfaces de fracture accélère la perte de leur pouvoir autoréparant. Ces résultats suggèrent fortement que cette désactivation est gouvernée par les mécanismes de reconstruction des surfaces hors-équilibre et que la contamination n'intervient pas significativement. Plus généralement, la mesure des intensités et cinétiques de réparation et de désactivation apportent des éléments nouveaux pour comprendre les mécanismes moléculaires en jeu dans l'auto-réparation de ces matériaux. Dans une dernière partie, notre approche a été utilisée pour caractériser l'auto-adhésion de réseaux époxy hybrides combinant réticulation covalente et liaisons supramoléculaires.

Depuis plusieurs années, l'IRSN mène en parallèle des programmes de recherche expérimentaux et numériques sur les incendies en milieu confiné et ventilé mécaniquement. Plusieurs essais ont montré que dans certaines configurations, le niveau d'oxygène du local en feu décroît et se stabilise de telle manière que le débit massique de combustible s'adapte au niveau de ventilation du local. Cette situation peut conduire à la consommation de la totalité de combustible disponible initialement, mais à un débit massique très faible comparé à celui du même foyer en atmosphère libre. Il en résulte une durée de feu 2 à 3 fois supérieure à celle obtenue en milieu ouvert ce qui est susceptible de remettre en cause le dimensionnement d'éléments de sectorisation tels que des portes coupe-feu. L'objectif du travail de thèse est de déterminer une modélisation de l'évolution de la puissance du foyer jusqu'à son extinction. Les effets de la viciation de l'air ambiant par les produits de la combustion sur le débit massique de combustible (MLR) sont les principaux processus pris en compte dans le modèle. Ainsi, une approche théorique, basé sur le bilan énergétique à la surface de combustible, permettant de prédire le débit massique de combustible ainsi que de reformuler la corrélation de Peatross et Beyler, a été proposée. Le principal avantage de cette approche est de pouvoir quantifier l'évolution des composantes convectives et radiatives du flux thermique issus de la flamme vers le bac de combustible, en fonction de la viciation de l'air. Celle-ci a été validée avec le code CFD " ISIS ", développé par l'IRSN sur des résultats obtenus lors du programme expérimental PRISME, réalisé à l'IRSN. La comparaison des résultats a révélé que cette approche est en bon accord avec les données expérimentales. En parallèle à ce travail, des essais expérimentaux à échelle réduite ont été réalisés sur des feux d'heptane au laboratoire LCD (CNRS - Institut PPRIME), le principal but étant d'étudier les phénomènes prépondérants liés au confinement du local et au régime de la sous-ventilation. Ces données expérimentales ont servi à valider les approches théoriques développées durant la thèse pour prédire le MLR en milieu confiné. Une méthode expérimentale originale a été mise en oeuvre pour découpler les mesures des flux thermiques reçus à la surface du bac d'heptane sous l'effet d'un rayonnement externe. Ces essais ont également permis d'étudier l'influence de la ventilation et de la taille du foyer sur la dégradation de combustible. Cette étude ouvre certaines perspectives de recherche. Pour estimer la durée du feu, le phénomène d'extinction de la flamme doit être traité de façon plus détaillée en tenant compte de la chimie se déroulant dans la flamme. Du point de vue de l'expérience, l'étude d'autres combustibles liquides (alcènes, cétones,...) et solides, dont les essais sont plus difficilement reproductibles, serait nécessaire afin d'étendre les résultats de cette étude.

This work relates to the automated parallel manipulation of parts at sub-millimeter scale and is a part of EU funded GOLEM Project. The main challenge at this scale is to develop novel methods for high throughput parallel assembly of components of a few hundreds of micrometers. At this scale, a serial approach would be extremely limited by the requirements on precision, speed ans especially by the particularities of physics. The proposed approach in this work is opto-fluidic, based on the Marangoni effect, a convective fluidic phenomena. The Marangoni effect is explored and analyzed both theoretically and experimentally. An experimental set-up is designed and constructed in this purpose. These studies show the advantages of the proposed approach for high speed manipulation of microcomponents in different sizes and geometries. The manipulation set-up is also entirely automated in order to show the parallel manipulation capabilities of this novel assembly technique. The first chapter gives an overview of contactless manipulation techniques at microscale, such as optical tweezers, electric field, dielectrophoresis, acoustic waves and thermal motion based techniques. A comparison of the techniques points Marangoni effect as a viable solution. The second chapter deals with the theoretical analysis of two convection phenomena: free convection and B'enard-Marangoni convection. This through a multi-physics finite elements based modeling. The governing equations for these phenomena are presented based on the fluid dynamics laws. A Proposed model is applied on a simple case of natural convection for initial analysis. Several simulations and their experimental validations are presented. Different parameters are analyzed such as water depth, temperature distribution and velocity field. Finally, a comparison between these phenomena is presented to know which mechanism predominates and is more suitable in our case. The Marangoni effect is presented as a promising method to drag micro-objects immersed in liquid media using only an IR laser beam as a heat source. This analysis allowed us to define the parameters for a conception of an experimental set-up for non-contact manipulation. The third chapter describes the design of this above mentioned robotic platform. This platform is composed of several components: an optical microscope, a laser source as local thermal source, a scanner to address the laser with precision and other electronics. A vision system, using a high speed camera is also implemented. A calibration of this vision system is established in order to define the available precision of the overall system, dimensions and measurable velocities of manipulated parts by experimental analysis. This approach also allows to measure instantaneous acceleration values and leads to the estimation of the force applied to manipulated objects. The fourth chapter deals with the automation of the manipulation process. The aim is to show that the proposed system is able to displace several microparts to predefined positions without user interaction. Particularly, the control of the Marangoni effect through the control of the position of the local heat source is demonstrated. The motion of this local thermal source is supplied by reflecting a laser beam on a mirror controlled by a high speed scanner. The implemented automation allows for a real time and high speed control hence it is possible to act simultaneously on several parts. The control loop is closed with vision feedback which is able to track at high frequency and sufficient precision all the involved parts at different form and dimensions. An experimental validation of parallel manipulation is describes and shows the originality of the proposed approach.

La miniaturisation constante de composants électroniques, essentiels aux cartes de commande, tels que les générateurs de fréquences, les gyro-vibrants voire certains accéléromètres engendre la diminution de leur masse utile. Ces composants électroniques deviennent alors très sensibles aux sollicitations extérieures et perdent, de manière très importante, leur efficacité et la précision de leurs mesures. Deux stratégies peuvent alors être mises en oeuvre afin de résoudre ce problème : la stabilisation interne active du composant ou son isolation par rapport au support vibrant.<br />Notre étude nous a conduit aux validations, théorique et expérimentale, de ces deux méthodes de contrôle sur des composants sensibles réels. De plus, nous étendons, via une méthode de pénalisation, le champ d'application d'un critère d'optimisation structural de stratégies IFF au cas de stratégies DVF. Par ailleurs, une structure d'isolation originale fondée sur une loi de contrôle utilisant une mesure mixte en accélération absolue et en déplacement relatif est développée.

Ce document présente une synthèse de mes contributions scientifiques au domaine de la micromanipulation robotique. La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des nouvelles solutions de préhension et d'assemblage. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur la proposition d'effectuer la manipulation présentant des avantages comme, par exemple, la stabilisation des comportements par effets visqueux ou le contrôle des propriétés de surface par des principes électrochimiques. La démarche scientifique présentée au chapitre 1 repose sur trois étapes mises en oeuvre lors de l'étude de la micromanipulation robotique en milieu liquide dont le contexte bibliographique est exposée au chapitre 2. La première étape (chapitre 3) consiste en un travail de modélisation des interactions entre micro-objets afin d'en prédire et d'en simuler le comportement. Sur la base de ces modèles, des stratégies de micromanipulation (chapitre 4) ont été proposées et des travaux scientifiques ont été menés sur leur caractérisation et leur commande. Ces stratégies de micromanipulations représentent le coeur des cellules robotiques de micro-assemblages présentées au chapitre 5. Les perspectives de ces travaux portant sur l'exploration du no man's land entre microscience et nanoscience, la proposition de méthodes permettant la création de micro-assemblages complexes et fonctionnels, ainsi que l'ouverture vers la manipulation robotique de cellules biologiques, font l'objet d'un dernier chapitre.

Le refroidissement par film froid consiste à refroidir une paroi en injectant un écoulement froid pour protéger celle-ci. Un banc d'essai simplifié d'une configuration d'étude de " film cooling " a été réalisé pour caractériser l'influence d'un écoulement chauffé et pulsé provenant d'un trou cylindrique incliné à 30° dans un écoulement principal thermiquement uniforme. Les taux de soufflage (M ) étudiés sont égaux à 0,65, 1 et 1,25. Les pulsations ont été générées par un hautparleur à des fréquences de pulsation adimensionnalisées ( St ) de 0, 0,2, 0,3 et 0,5. Les aspects aérodynamiques et thermiques de l'écoulement ont été étudiés, en utilisant des techniques de mesure avancées incluant la P.I.V. résolue en temps, la thermographie infrarouge, la vélocimétrie filchaud et la thermométrie fil-froid. Pour M = 0,65, sans pulsation, l'écoulement injecté couvre une partie importante de la paroi. Dans le cas pulsé, cette distribution optimale est considérablement dégradée quelque soit la fréquence de pulsation. Pour M =1 et 1,25, sans pulsation, on observe un décollement de l'écoulement qui dégrade la protection film de la paroi. Dans ces cas, la pulsation induit de grandes variations spatiales à la fois de la trajectoire, de l'éclatement du jet et du passage des structures turbulentes dans le sillage de jet à cause de la variation périodique du débit de jet. On a constaté que la pulsation améliore la protection de la paroi pour des excitations de basse fréquence pour des taux de soufflage important (M = 1 et 1,25).

La lithographie par double impression est une solution potentielle proposée pour l'impression des circuits des nœuds technologiques avancés (22nm et au-delà) en attendant que la lithographie Extrême Ultraviolet soit prête pour la production en masse. La technique de double impression est basée sur la décomposition en deux masques d'exposition des motifs d'un niveau donné du circuit intégré. Deux motifs voisins ayant un pas inférieur au pas minimal résolu en un procédé lithographique sont affiliés simultanément à deux masques différents. Les motifs ayant des pas supérieurs au pas critique, motifs non critiques, sont mis sur un masque ou sur un autre dans le but de générer une densité de motifs équivalente entre les deux masques d'exposition. Dans cette thèse, nous avons développé une nouvelle méthode de décomposition dite " décomposition optique ". Cette dernière est basée sur l'analyse de l'interaction des ordres de diffraction dans le plan de la pupille du système optique de projection. La décomposition optique permet d'améliorer l'affiliation des motifs non critiques à l'un des deux masques dans le but d'améliorer le contraste des deux masques lors de la double impression. Afin de valider cette nouvelle méthode de décomposition, nous l'avons appliqué au niveau contacts d'un circuit de logique du nœud 22nm.

L'objectif de ce mémoire est de faire une présentation synthétique des activités de recherche que j'ai menées au sein du LMT Cachan depuis neuf ans et de mettre en avant le fil conducteur du travail réalisé. Ce travail est la synthèse de collaborations avec différents chercheurs, industriels, doctorants et stagiaires de M2.Trois thèmes principaux seront développés ici. Ils concernent, comme le titre du mémoire l'indique, la modélisation mécanique et numérique de structures soumises à un impact. Afin de pouvoir proposer des méthodes prédictives de dimensionnement, je me suis attaché à aborder les trois éléments de bases : la modélisation du matériau, l'expérimentation sur structures et la modélisation numérique. En plus de ma notice individuelle, ce document présente donc les principaux résultats obtenus dans chacune des trois thématiques suivantes : Développement de lois de comportement adaptées à la dynamique Calculs sur structures industrielles Caractérisation expérimentale Pour chacun de ces trois thèmes, les motivations du travail et les principaux apports sont présentés en compléments de la copie d'un article représentatif des activités menées. La première partie est consacrée au premier thème de recherche développé, à savoir la modélisation du comportement des matériaux, tout particulièrement le béton, soumis à des sollicitations dynamiques. Je présenterai dans celui-ci un bref rappel du modèle développé lors de ma thèse de doctorat et qui a servi de base de travail pour une thèse que j'ai co-encadrée. Dans un deuxième temps, je présenterai un modèle d'endommagement anisotrope qui a fait l'objet de nombreux développements et publications ces dernières années. Enfin, je finirai par présenter un modèle utilisé pour les matériaux composites et que j'ai été amené à utiliser. Le seconde chapitre vise à présenter mes principales contributions concernant le développement de méthodes multiéchelles pour la représentation des matériaux et/ou de structures sous chargement sévère. Ainsi, je commencerai par présenter une approche ou le matériau n'est plus considéré comme homogène mais constitué d'une matrice et d'inclusions plus ou moins rigides. Ensuite je m'attarderai un peu plus sur deux méthodes numériques développées pour la modélisation de structure. Ces deux méthodes sont le fruit de mon passage dans le secteur ''Structures et Systèmes'' du LMT Cachan pendant 4 ans. Ceci m'a permis d'étoffer le champs de mes connaissances dans les matériaux composites et dans la méthode LATIN développée au laboratoire. La troisième partie est liée au développement d'outils de calcul prédictifs pour les problèmes d'impact. C'est pourquoi je commencerai par présenter des essais sur tour de chute que nous avons développés en collaboration avec le CEA Saclay. Ces essais nous ont ensuite été utiles pour montrer les capacités de prédictions des différentes modélisations développées. Ceci a été confirmé par la simulation d'essais de souffle et d'impact de réacteur d'avion sur des dalles en béton armé réalisés dans les années 90. Finalement, quelques perspectives sur mes activités de recherche sont proposées à la fin de ce document. Cette dernière partie présente notamment les activités de recherche et d'encadrement qui débute cette année. L'annexe correspond à mon dossier professionnel. Il contient, en plus de mon CV, mon implication dans divers contrats de recherche, mes activités d'encadrement, ainsi que la liste de mes publications scientifiques.

Les premières simulations numériques d'écoulements réactifs sur des configurationscomplexes ont été réalisées à l'aide d'approches RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes). Ces dernières, bien adaptées aux écoulements de type couches limites attachées et relativement peu coûteuses en temps de calcul, ne donnent accès qu'à des résultats stationnaires qui s'éloignent parfois de la réalité. Pour réaliser des simulations instationnaires d'écoulements, les méthodes de type LES (Large Eddy Simulation) -- plus précises mais plus coûteuses -- sont de plus en plus utilisées. Cependant, ces méthodes sont mal adaptées à la simulation de la dynamique pariétale, car elles nécessitent un effort de maillage souvent prohibitif près de la paroi. Cette thèse est consacrée au développement dans le code CEDRE (code de simulation d'écoulements réactifs complexes de l'Onera) d'une méthode hybride RANS/LES, appelée Delayed Detached Eddy Simulation (DDES), et à son application à des écoulements réactifs massivement décollés. Après une étape de validation sur des couches limites attachées, la DDES a été appliquée à la simulation des écoulements inerte et réactif dans une chambre de combustion en forme de marche descendante (A3C) et comparée aux résultats des approches RANS et LES classiques, ainsi qu'aux résultats expérimentaux. Cette méthode a ensuite permis de réaliser l'étude de la dynamique de l'écoulement réactif décollé dans la tuyère ATAC montée sur le banc cryotechnique MASCOTTE de l'Onera.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des énergies renouvelables au sein du programme HARVEST centré sur le développement d'un concept d'hydrolienne dérivé des turbines Darrieus et Gorlov. L'ajout d'un dispositif appelé carénage à la turbine permet à celle-ci d'extraire une portion de l'énergie cinétique du courant plus grande. Toutefois ce dernier peut favoriser la cavitation qui nuit à la turbine. Parmi les différents axes du programme, les travaux de thèse se situent dans cette problématique. En régime subcavitant et cavitant, l'analyse de l'hydrolienne a été menée suivant une approche numérique et expérimentale. Pour ce faire deux outils ont été mis en place. Du coté expérimental, le tunnel hydrodynamique du LEGI a été équipé d'une balance qui donne la mesure instantanée des forces et du couple qui s'exercent sur la turbine. Du coté numérique, les efforts ont été orientés sur l'amélioration et le développement du code de calcul universitaire, CAVKA. L'utilisation intensive de ces deux moyens, couplée à des modèles théoriques, a permis de mettre en évidence d'une part le fonctionnement de la turbine libre ou carénée et, d'autre part, les limites de fonctionnement vis-à-vis de la cavitation.