$aCe manuscrit traite de la caractérisation numérique et expérimentale du comportement d’hydroliennes. D’un point de vue expérimental, des essais ont été réalisés au bassin à houle et courant de l’IFREMER de Boulogne-Sur-Mer, sur des maquettes d’hydroliennes tri-pales à axe horizontal. Des configurations comprenant une seule hydrolienne, d’une part, et deux hydroliennes alignées avec l’écoulement, d’autre part, ont été considérées pour une large gamme de TSR et, le cas échéant, de distances interhydroliennes. Le comportement des hydroliennes est analysé à la fois en termes de performances (coefficients de puissance et de traînée) et de développement du sillage. Les effets du taux de turbulence ambiante sont également examinés. Par ailleurs, des simulations numériques, obtenues à l’aide d’un code tridimensionnel instationnaire, fondé sur la méthode Vortex particulaire et développé au LOMC (UMR 6294, CNRS –Université du Havre) en partenariat avec l’IFREMER, sont présentées. Le code de calcul permet également d’étudier les performances et le sillage d’une hydrolienne. Ce dernier a été complètement réécrit dans le cadre de cette thèse et le support théorique et technique des différents aspects du code est fourni dans ce manuscrit, où la méthode Vortex telle qu’elle est utilisée dans le code est exposée en détail. / This manuscript deals with the numerical and experimental characterisation of the behaviour of marine current turbines. In the experimental part, trials were run at IFREMER’s wave and current flume tank in Boulogne-Sur-Mer, on prototypes of three-bladed horizontal axis turbines. Configurations with one single turbine on the one hand, and two turbines aligned with the incoming flow on the other hand, were considered for a large range of TSRs and, when relevant, of inter-device distances. The behaviour of the turbines is analysed in terms of performances (power and thrust coefficients) and development of the wake. The effects of the ambient turbulence intensity rate are also considered. Besides, numerical computations, obtained from a tridimensional unsteady software, based on the Vortex particle method and developed at the LOMC (UMR 6294, CNRS – University of Le Havre) in partnership with IFREMER, are presented. The numerical tool also enables to study the performances and the wake of a turbine. It was rewritten during this PhD and its technical and theoretical support is available in the manuscript, where the Vortex method, as it is used in the software, is described in details.

Ce travail concerne l’étude expérimentale et la modélisation du comportement d’un matériau composite agrégataire utilisé comme simulant pour les explosifs à poudre polymérisée (PBX). Dans un premier temps, une large campagne d’essais expérimentaux a été menée en utilisant certains protocoles expérimentaux originaux. Ces essais comprennent, des essais de : traction, compression, traction/compression alternées, compression triaxiale, compression 0°-90°-0°, couloir, torsion et torsion confinée. Les résultats expérimentaux ont permis de mettre en évidence les différents aspects de comportement du matériau : anisotropie induite par l’endommagement, effectivité, viscoélasticité, boucles d’hystérésis, sensibilité à la pression hydrostatique et présence des déformations irréversibles. Dans un deuxième temps, un modèle de comportement viscoélastique plastique endommageable a été proposé en utilisant une formulation microplan. Ce modèle a été implémenté dans un logiciel de calcul par éléments finis (Abaqus/Standard). Les essais ont été ensuite simulés et les résultats ont été comparés aux données expérimentales puis discutés. Enfin, deux critères qui gouvernent la rupture des matériaux étudiés, ont été identifiés. Ces critères ont été initialement développés dans la littérature pour le béton qui présente une microstructure et un comportement global similaires à ceux des matériaux agrégataires. / This study deals with the experimental investigation and the modelling of the behaviour of an aggregate composite material used as a simulant for Plastic-Bonded Explosives (PBX). At first, a large experimental campaign was conducted using some original experimental protocols. These tests include: tension, compression, alternated tension/compression, triaxial compression, compression 0°-90°-0°, channel-die, torsion and confined torsion. The experimental results highlighted different aspects of behaviour: damage induced anisotropy, effectivity, viscoelasticity, hysteresis cycles, sensitivity to hydrostatic pressure and presence of irreversible strains. At second, a damageable viscoelastic plastic model was proposed using microplane formulation. This model was implemented in finite element software (Abaqus/Standard). The tests were then simulated and the results compared to the experimental data, and then discussed. Finally, two failure criteria that govern the failure of the studied materials were identified. These criteria were initially developed in the literature for concrete materials that present a microstructure and behaviour similar to those of aggregate materials.

Afin d'analyser le comportement biomécanique des vertèbres pour des applications biomédicales ou traumatiques, les modèles par éléments finis sont de plus en plus utilisés. Cependant la variabilité biologique, dont les effets de l'âge, et les sollicitations dynamiques ne sont pas toujours prises en compte lors du développement de ces modèles. Cette thèse a pour objectif de rendre compte des effets de l'âge dans la modélisation des vertèbres pour des chargements dynamiques. La partie expérimentale a porté sur la réalisation d'essais en compression de corps vertébraux à 0,5m/s. Les données nécessaires à la compréhension des mécanismes de fractures des corps vertébraux et à la validation des modèles ont été collectées et complétées par des mesures de densité sur des images scanners. La partie numérique a été décomposée en trois volets : D'abord, les propriétés de l'os cortical et de l'os spongieux ont été déterminées par analyse inverse dans un modèle de vertèbre lombaire à différentes vitesses. Puis, les effets de l'âge ont été implémentés dans ces modèles calibrés. Les propriétés mécaniques de l'os ont été calibrées en fonction de données de la littérature. Enfin, à partir des scanners du volet expérimental, des modèles personnalisés ont été développés. Leurs réponses, comparées aux données expérimentales, ont montré la pertinence de la personnalisation en chargement dynamique tant d'un point de vue qualitatif (initiation de la fracture) que quantitatif (effort, raideur, énergie). Les résultats de ce travail mettent en perspective l'évaluation des effets de l'âge tant dans la fragilité du rachis lors d'un traumatisme que pour sa réparation.

En biomécanique des chocs et en traumatologie virtuelle, l'étude des mécanismes lésionnels est essentielle pour évaluer les seuils de tolérance du corps humain. Dans ces domaines, la simulation numérique prend une place prépondérante grâce à des modèles éléments finis de plus en plus réalistes et précis. Cependant, leur mise en oeuvre est complexe : les modèles actuels ne permettent pas de décrire les propriétés d'endommagement et de rupture des matériaux biologiques et limitent donc leurs champs d'utilisation pour la description des mécanismes de blessures. De plus, leur biofidélité concerne essentiellement la description géométrique et structurelle des différents organes et tissus. L'objectif de ce travail porte donc sur l'amélioration de la description des mécanismes lésionnels des os et l'étude des possibilités de personnalisation des propriétés mécaniques pour rendre compte de la variabilité biologique. Après avoir étudié les spécificités du comportement mécanique de l'os et un ensemble de lois de comportement, nous avons choisi un modèle d'endommagement le plus approprié. Cette loi a été validée d'un point de vue thermodynamique. Puis elle a été adaptée à une formulation éléments finis, pour être implémentée dans une plate-forme numérique de calcul dynamique explicite. Pour son adaptation, nous avons fait des choix scientifiques mais aussi des choix de « circonstance » imposés par la formulation spécifique des calculs dynamiques explicites. Afin de rendre compte des différences interindividuelles, nous avons étudié l'influence de certains paramètres tels que la porosité, la minéralisation, l'âge ou le sexe, sur les propriétés mécaniques des os. Nous avons également réalisé des essais de flexion d'os longs. Ces essais ont une double finalité : étudier l'influence des paramètres biologiques et expérimentaux sur le comportement de fémurs et de tibias, et évaluer la loi de comportement par la simulation de ces essais. L'évaluation de la loi d'endommagement pour l'os a été effectuée à différentes échelles (simulations d'essais sur éprouvettes et des essais de flexion de fémurs). La loi donne des résultats tout à fait satisfaisants et propose un profil de rupture cohérent avec celui observé expérimentalement.

Cette thèse s'intéresse au comportement mécanique de géocellules constitutives de merlons pare-blocs. Ces ouvrages sont des digues placées sur la trajectoire potentielle des blocs rocheux et visant leur arrêt. Les géocellules sont des structures métriques associant enveloppe préfabriquée et matériau granulaire. <br />Les cellules étudiées sont cubiques et constituées de grillage à maille hexagonale et de géotextile, et remplies de matériau granulaire grossier, de sable ou de mélange sable-pneus déchiquetés.<br />Le comportement de cellules individuelles a été étudié expérimentalement pour des chargements pseudo-statique et dynamique. Il apparaît que la réponse de la cellule à faible déformation, sous compression pseudo-statique, dépend principalement des caractéristiques du matériau de remplissage. Celles de l'enveloppe interviennent en grandes déformations. Sous impact, par une sphère de 250kg, la capacité d'une cellule à limiter les contraintes transmises à son support dépend des conditions aux limites de la cellule et, dans une moindre mesure, du matériau de remplissage. La configuration optimale est une cellule remplie du matériau granulaire grossier libre de se déformer latéralement.<br />Les modèles numériques de comportement mécanique des matériaux et des cellules, de type éléments discrets, ont été calés et validés grâce aux résultats de ces expérimentations.<br />Les résultats ont été extrapolés à l'échelle de l'ouvrage dans le but d'orienter les choix structurels en vue d'expérimentations sur ouvrage vraie grandeur.

Parmi tous les composants mécaniques présents dans un moteur d'avion, les roulements tiennent une place majeure puisqu'ils assurent la liaison entre les parties tournantes, les rotors, et les parties fixes, les stators. Pour assurer leur bon fonctionnement, un jeu radial interne est nécessaire. Les roulements présentent de ce fait une non-linéarité forte qui peut affecter le comportement vibratoire de la structure. L'objectif de cette thèse, réalisée en collaboration avec la société Snecma Moteurs, est d'étudier l'influence de ce jeu fonctionnel sur la dynamique rotor. A cette fin, un banc expérimental, dénommé banc Dynamique D'Ensemble, a été réalisé. Dans un premier temps, l'aspect modélisation des roulements sera traité. Le modèle proposé, qui prend en compte le jeu radial et considère le contact bille/bague comme hertzien, nécessite cependant des outils de calcul appropriés. Nous présenterons alors la méthode de tir multiple et la méthode des éléments finis en temps avant de montrer les résultats de calculs effectués sur divers exemples. Dans un second temps, nous présenterons le banc Dynamique D'Ensemble qui permettra de valider expérimentalement les modèles de roulements utilisés. Ce banc a été conçu pour être le plus simple possible, tout en restant le plus représentatif d'un moteur d'avion. Nous exposerons tout d'abord les aspects dimensionnement et recalage, puis les premiers résultats obtenus sur banc tournant.

Les études statistiques d'accidents montrent que la tête est le segment corporel le plus vulnérable lors d'un accident (chocs piétons, chocs deux-roues et chocs latéraux). Pour enrichir les modèles virtuels d'être humain et développer de nouveaux outils de prédictions lésionnelles, ce travail propose une série d'expérimentations afin d'obtenir les propriétés mécaniques homogénéisées de l'os du crâne humain (pas de distinction entre l'os cortical et spongieux).<br />Des essais ont été réalisés sur 20 SHPM (Sujet Humain Post Mortem) « frais ». Un protocole spécifique a été développé afin de prélever 19 éprouvettes par crâne. Au total, 380 échantillons ont été testés en flexion trois points. Les courbes effort/déplacement ont servi de référence pour l'identification du comportement élastique. De nombreuses relations par zones et orientations osseuses ont été obtenues.<br />Des essais de cyclage dans la zone élastique ont été réalisés sur 105 échantillons prélevés sur 7 SHPM congelés. L'effet de la vitesse de sollicitation a été étudié. Cette seconde campagne permet de comparer les éprouvettes en fonction de leur mode de conservation. Une corrélation a été mise en évidence et a permis d'extrapoler le module d'élasticité à l'état « frais » d'un SHPM testé congelé.<br />Ces deux campagnes d'essais ont permis d'aboutir à une corrélation entre le module d'élasticité équivalent et les propriétés géométriques (épaisseur et densité) d'un SHPM « frais ».<br />Les derniers travaux ont porté sur le développement d'un nouveau prototype de tête. Pour cela, 7 calottes, provenant de SHPM congelés, ont été testées en compression. Les propriétés élastiques du prototype sont issues des campagnes expérimentales précédentes et présentent une distinction entre chaque zone. Ce prototype a été validé par des essais statiques et dynamiques en compression dans différentes zones osseuses.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la simulation sur maquette d'un panache d'incendie en tunnel par un panache massique formé par le rejet continu en canal d'un gaz léger (air-hélium). L'objectif de ces travaux est d'améliorer la technique de simulation à partir d'études théorique, expérimentale et numérique sur la dynamique d'un panache massique en champ libre ainsi qu'en milieu confiné ventilé.<br />Dans un premier temps, un modèle théorique de type intégral est développé pour décrire le comportement d'un panache massique se développant en champ libre, dans un fluide ambiant au repos et non stratifié. Ce développement théorique met en évidence que les évolutions avec l'altitude des caractéristiques du panache peuvent être déduites de celle d'un paramètre unique, la "fonction panache". Dans un second temps, des simulations numériques sont réalisées à l'aide du code de calcul Fire Dynamic Simulator (FDS) dans des situations de plus en plus complexes : panache massique d'hélium en champ libre puis en milieu confiné et ventilé (type tunnel). Les résultats de simulations numériques obtenus pour un milieu confiné et ventilé sont encourageants, en bon accord avec des données expérimentales. Les résultats numériques et expérimentaux, obtenus dans le cadre d'un projet de recherche national RGC&U, permettent de mettre en lumière les mécanismes à l'origine du caractère fortement tridimensionnel d'un panache d'incendie dans un tunnel ventilé longitudinalement. Enfin, dans le cadre des essais sur maquette, les règles de similitude pour la simulation d'un panache d'incendie réel par un panache massique sont établies à partir des équations physiques. Le foyer est modélisé par le rejet d'un mélange gazeux léger air-hélium dont les caractéristiques sont ajustées afin de correctement reproduire la masse volumique des fumées d'incendie.

Ce travail s'est intéressé à la réponse du membre pelvien, l'une des premières parties corporelles touchées, dans des configurations d'impact impliquant l'usager vulnérable non motorisé (piétons et cyclistes). Un modèle éléments finis biofidèle du membre pelvien (modèle LLMS) a été utilisé pour reproduire, dans un premier temps, des essais fractionnés (impacts latéraux sur la jambe fléchie). Des corrélations entre le modèle et les expérimentations, sur la cinématique, les accélérations et le bilan lésionnel, a permis de vérifier, au moins qualitativement, la cohérence du modèle numérique. Un impact (cycliste heurté latéralement par un véhicule à 32 km/h), basé sur une expérimentation, a également été reproduit avec le modèle éléments finis. Les résultats numériques, comparés aux données expérimentales, ont montré de bonnes concordances. De nouvelles configurations d'impact (cycliste et piéton) ont été simulées. Ainsi, une étude paramétrique sur le véhicule (géométrie, vitesse) et, le cas échéant, sur le cycliste (vitesse, position) ont mis en évidence les situations les plus défavorables, suivant les lésions, pour l'usager vulnérable considéré. Les principaux mécanismes de blessure du membre pelvien, le cisaillement et la flexion latérale, ont été quantifiés au niveau du genou. Les différentes configurations d'impact ont permis d'établir, pour ces deux mécanismes, des critères lésionnels. Ainsi, pour une situation d'impact considérée, les niveaux de cisaillement et de flexion latérale au-delà desquels le membre pelvien de l'usager vulnérable est touché ont ainsi pu être évalués

La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.<br />· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.<br />· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.