Les structures de type gridshell élastique permettent de réaliser des enveloppes courbes par la déformation réversible d’une grille structurelle régulière initialement plane. Cette capacité à “former la forme” de façon efficiente prend tout son sens dans le contexte actuel où, d’une part la forme s’impose comme une composante prédominante de l’architecture moderne, et d’autre partl’enveloppe s’affirme comme le lieu névralgique de la performance des bâtiments. Fruit des recherches de l’architecte et ingénieur allemand Frei Otto dans les années 1960, elles ont été rendues populaires par la construction de la Multihalle de Mannheim en 1975. Cependant, en dépit de leur potentiel, très peu de projets de ce type ont vu le jour suite à cette réalisation emblématique qui en a pourtant démontré la faisabilité à grande échelle. Et pour cause, les moyens engagés à l’époque ne sauraient assurer la reproductibilité de cette expérience dans un contexte plus classique de projet, notamment sur le plan économique. Par ailleurs, les techniques et les méthodes développées alors sont pour la plus part tombées en désuétude ou reposent sur des disciplines scientifiques qui ont considérablement évoluées. Des matériaux nouveaux, composites, ont vu le jour. Ils repoussent les limitations intrinsèques des matériaux usuels tel que le bois et offrent des performances techniques bien plus intéressantes pour ce type d’application. Enfin, notons que le cadre réglementaire a lui aussi profondément muté, apportant une certaine rigidité vis-à-vis de la pénétration des innovations. Ainsi la conception des gridshells se pose-t-elle en des termes nouveaux aux architectes et ingénieurs actuels et se heurte à l’inadéquation des outils et méthodes existant. Dans cette thèse, qui marque une étape importante dans une aventure de recherche personnelle initiée en 2010, nous tentons d’embrasser la question de la conception des gridshells élastiques dans toute sa complexité, en abordant aussi bien les aspects théoriques que techniques et constructifs. Dans une première partie, nous livrons une revue approfondie de cette thématique et nous présentons de façon détaillée l’une de nos principales réalisation, la cathédrale éphémère de Créteil, construite en 2013 et toujours en service. Dans une seconde partie, nous développons un élément de poutre discret original avec un nombre minimal de degrés de liberté adapté à la modélisation de la flexion et de la torsion dans les gridshells constitués de poutres de section anisotrope. Enrichi d’un noeud fantôme, il permet de modéliser plus finement les phénomènes physiques au niveau des connexions et des appuis. Son implémentation numérique est présentée et validée sur quelques cas tests. Bien que cet élément ait été développé spécifiquement pour l’étude des gridshells élastiques, il pourra avantageusement être utilisé dans tout type de problème où la nécessité d’un calcul interactif avec des tiges élastiques prenant en compte les couplages flexion-torsion s’avère nécessaire / An elastic gridshell is a freeform structure, generally doubly curved, but formed out through the reversible deformation of a regular an initially flat structural grid. Building curved shapes that way seems to offer the best of both worlds : shell structures are amongst the most performant mechanically speaking while planar and orthogonal constructions are much more efficient and economic to produce than curved ones. This ability to “form a form” efficiently is of peculiar importance in the current context where morphology is a predominant component of modern architecture, and envelopes appear to be the neuralgic point for building performances. The concept was invented by Frei Otto, a German architect and structural engineer who devoted many years of research to gridshells. In 1975 he designed the Multihalle of Mannheim, a 7500 m2 wooden shell which demonstrated the feasibility of this technology and made it famous to a wide audience. However, despite their potential, very few projects of this kind were built after this major realization. And for good reason, the ressources committed at that time cannot guarantee the replicability of this experiment for more standard projects, especially on the economic level. Moreover, the technics and methods developed by Otto’s team in the 1960s have mostly fall into disuse or are based on disciplines that have considerably evolved. New materials, such as composite materials, have recently emerged. They go beyond the limitations of conventional materials such as timber and offer at all levels much better technical performances for this kind of application. Finally, it should be noted that the regulatory framework has also deeply changed, bringing a certain rigidity to the penetration of innovations in the building industry. Therefore, the design of gridshells arises in new terms for current architects and engineers and comes up against the inadequacy of existing tools and methods. In this thesis, which marks an important step in a personal research adventure initiated in 2010, we try to embrace the issue of the design of elastic gridshells in all its complexity, addressing both theoretical, technical and constructive aspects. In a first part, we deliver a thorough review of this topic and we present in detail one of our main achievements, the ephemeral cathedral of Créteil, built in 2013 and still in service. In a second part, we develop an original discrete beam element with a minimal number of degrees of freedom adapted to the modeling of bending and torsion inside gridshell members with anisotropic cross-section. Enriched with a ghost node, it allows to model more accurately physical phenomena that occur at connections or at supports. Its numerical implementation is presented and validated through several test cases. Although this element has been developed specifically for the study of elastic gridshells, it can advantageously be used in any type of problem where the need for an interactive computation with elastic rods taking into account flexion-torsion couplings is required

Certaines applications haute température telles que le forage, l’aéronautique ou l’aérospatial, amènent à repenser la conception des alimentations isolées permettant la commande des éléments de puissance. Ce mémoire s’articule autour de l’étude de la faisabilité et de l’enfouissement d’un convertisseur isolé possédant une forte isolation statique (10kV) et dynamique (<10 pF), pouvant travailler sous de hautes températures (>250°C), dans les gammes de tension de sortie de la dizaine de volts et de puissance de l’ordre du Watt. Pour ne pas être contraint par la température de Curie d’un matériau magnétique, cette alimentation DC/DC se base sur un transformateur à air. Dans un premier temps, cette thèse détaille l’origine, la mesure et l’estimation des éléments du modèle électrique choisi pour le transformateur. Ensuite, afin de maximiser la transmission de puissance, nous constituons un système résonnant en ajoutant des condensateurs en parallèle ou en série avec le transformateur, puis nous développons une méthode permettant d’accorder l’ensemble. La comparaison entre les topologies nous amène ensuite à choisir compensation série-série. Puis nous constatons que la technologie choisie pour les condensateurs, la contrainte d’isolation statique et dynamique peuvent diviser par plus de deux la puissance transmise au travers d’une surface. Enfin, nous abordons comment redresser et réguler la tension de sortie sans affecter la résonnance ou l’isolation apportée, tout en minimisant les pertes générées. Une dernière partie montre que, moyennant un système de dissipation un processus de fabrication adapté, il est possible d’intégrer la structure complète sur silicium / High temperature applications such as deep drilling, aeronautics or aerospace, lead to rework the isolated power supplies used for the control of the power elements. This work study the feasibility of an embedded converter with high static (10kV) and dynamic (<10 pF) insulation, able to work under high temperatures (> 250 ° C), in the ranges of dozens volts for the output voltage and several Watt of transmitted power. To avoid being constrained by a magnetic material Curie temperature of, we use a coreless transformer based DC/DC power supply. First of all, this thesis details the origin, the measurement and the estimation of the elements of the chosen transformer electric model. Then, to maximize the transferred power, we form a resonant structure by adding capacitors in parallel or in series with the transformer, then we develop a method to tune the whole. The comparison between the topologies leads us to choose a serial-serial compensation. Then we note that the technology chosen for capacitors, the static and dynamic insulation constraint can divide by more than two the power transmitted through a surface. Finally, we discuss how to rectify and regulate the output voltage without affecting the resonance or insulation provided, while minimizing the losses generated. A last part exhibit that with a suitable dissipation system and manufacturing process, it is possible to integrate the complete structure on silicon chips

Cette recherche traite de trois figures, la grille orthogonale, la trame tissée et le réseau aléatoire. Tout en étant constituées de lignes, ces figures caractériseraient des pratiques plastiques et approches théoriques diverses. Chacune constituerait un modèle conceptuel, un paradigme pour l’art et pour l’architecture. La grille orthogonale, modèle du strié, serait à la fois division spatiale, mode d’assemblage, matière immatérielle, figure géométrique flexible et universelle, symbole de la modernité et de l’anti-modernité, structure rythmique, trace de rationalité, structure langagière, écriture du discontinu et signe de l’universel. La trame tissée tirerait sa texture de logiques mathématiques. Cette dialectique entre structure / ornement se retrouverait dans la peinture. Le tissage serait un modèle d’hybridation et d’unicité. Les entrelacs mouvants représenteraient des chemins initiatiques et serviraient de modèle pour l’architecture tout comme le tissage dans divers procédés. La trame souple permettrait des déformations, des inflexions et des plis. Modèle relationnel, omniprésent dans l’univers et la philosophie, le réseau aléatoire signifierait le nomadisme. Il tracerait sur des cartes cette vision circulatoire du monde. Labyrinthe, il représenterait l’imaginaire. Diagramme, il ferait émerger par ses mises en relations, du sens en art Il serait aussi un modèle d’interactions et d’intersubjectivité. Les artistes simuleraient les réseaux chaotiques de la nature, pour générer des formes réticulaires. Le réseau, modèle des bifurcations situationnistes et ludiques, serait également celui des flux en architecture. / This research deals with three figures, the orthogonal grid, the woven wefts and the random network. While consisting of lines, these figures characterize plastics practices and various theoretical approaches. Each would be a conceptual model, a paradigm in art and in architecture. The orthogonal grid, pattern of striated, would be both spatial division, assembly mode, immaterial matter, flexible and universal geometric figure, symbol of modernity and antimodernity, rhythmic structure, trace of rationality, language structure, writing the discontinuous and sign of the universal. The woven weft would draw its texture from mathematical logic. This dialectic between structure / ornament would be present in painting. Weaving would be a model of hybridization and uniqueness. Intertwining would represent initiatory paths and serve as a model for architecture as well as weaving in various processes. The flexible weft would allow deformations, inflections and folds. Relational model, omnipresent in the universe and philosophy, random network would mean nomadism. It would trace on maps that circulatory worldview. Maze, it would represent the imagination. Diagram, by its connections, he would reveal meaning in art. It would be also a model of interactions and intersubjectivity. Artists would simulate the chaotic network of nature to generate lattice forms. The network model of Situationists and fun bifurcations, would also be flow in architecture.

L’objectif du présent travail est d’étudier expérimentalement et numériquement la fissuration des bois tropicaux issus de la forêt gabonaise, à savoir : le Milicia excelsa (iroko),l’ Aucoumea klaineana pierre (okoumé) et Pterocarpus soyauxii (padouk). Cette étude est axée sur le processus de croissance de la fissure en mode d’ouverture et en mode mixte des trois essences à l’aide d’éprouvettes Compact Tension Shear (CTS) et Mixed Mode CrackGrowth (MMCG) modifiées. Les éprouvettes sont montées dans un système Arcan et placées dans une machine d’essai électromécanique. La méthode de la grille est utilisée pour mesurer les champs de déplacements et de déformations au voisinage de la fissure. Ces cartes ainsi obtenues permettent d’obtenir l’ouverture et la longueur de la fissure tout au long de l’essai. Les courbes force en fonction de l’ouverture de la fissure sont déduites des mesures. La méthode de la complaisance à déplacement imposé est utilisée pour calculer le taux de restitution d’énergie G en mode d’ouverture de fissure et en mode mixte. Les résultats ont montré un effet de l’épaisseur sur la fissuration. Ces résultats ont aussi permis de mettre en évidence une proportionnalité de la densité par rapport aux paramètres de rupture de ces essences. En mode mixte les valeurs de l’évolution de G sont présentées en fonction de la longueur de fissure après découplage des modes (séparation du mode 1 et du mode 2). On observe pour l’okoumé par exemple, que les rapports des taux de restitution d’énergie des deux modes sont constants, ce qui justifie le caractère intrinsèque des paramètres de fissuration obtenus. Des comparaisons faites avec les résultats issus de de la littérature sur les essences tempérées de même densité ont montré des similitudes. / The objective of the present work is to study experimentally and numerically the crackingbehavior of tropical woods from the Gabonese forest, namely : Milicia excelsa (iroko), Aucoumeaklaineana pierre (okume) and Pterocarpus soyauxii (padouk). This study focuseson the crack growth process in crack opening mode and mixed mode of these three speciesusing Modified Tension Shear (CTS) and Mixed Mode Crack Growth (MMCG) specimens.The specimens are mounted in an Arcan system and placed in an electromechanical testingmachine. The grid method is used to measure the displacement and strains fields near the tipcrack. These maps make it possible to obtain the opening and the length of the crack duringthe tests. The curves force showing the face as a function of the crack opening are deducedfrom the measurements. The experimental critical energy release rate G is evaluated by thecompliance method in imposed displacement. The results show an effect of the thickness oncracking. These results also made it possible to demonstrate a proportionality of the densitywith the parameters of rupture of these species. In mixed mode, after decoupling the modes(separation of mode 1 and mode 2), the values of G are presented as a function of to the cracklength. For Okume, for example, it was observed that the ratios of the energy release ratesof the two modes are constant, which justifies the intrinsic character of the cracking parameterswere obtained. Comparisons made with results from the literature review on temperatespecies of the same density showed similarities.

La réduction de la taille des circuits CMOS vers des dimensions extrêmement petites est telle que son élément constitutif, le MOSFET à base de Silicium, commence à souffrir d’une faible efficacité de puissance. L’une des alternatives qui ne peut être écartée est le concept du transistor MOSFET à base de matériaux III-V. Ses propriétés de transport extraordinaires, apportées par les matériaux III-V, promettent de réduire la tension d’alimentation des circuits CMOS sans réduire leur performance. Cette transition technologique pourrait aboutir non seulement à des circuits CMOS plus petits, plus écologiques mais aussi à des circuits co-intégrés avec des technologies RF. C’est dans ce contexte que nous présentons, dans ce travail de thèse, la fabrication et la caractérisation des transistors MOSFET Ultra-Thin Body (UTB) à base d’InAs et du transistor FinFET à base d’InAs. La combinaison d’une longueur de grille extrêmement réduite, d’une faible résistance d’accès et d’une mobilité impressionnante dans le canal d’InAs a permis d’obtenir des courants importants (IMAX=2000mA/mm pour LG=25nm). Egalement, l‘utilisation des architectures du canal de type ultra mince et FinFET permet d’obtenir un bon contrôle électrostatique. De plus, une spécificité du procédé technologique présentée dans ce travail est les réalisations des contacts et du canal par une épitaxie par jets moléculaires (MBE) localisée. / Scaling the size of CMOS circuits to extremely small dimensions gets the semiconductor industry to a point where its cornerstone, Silicon-based MOSFET starts to suffer a poor power efficiency. In the quest for alternative solutions cannot be omitted a concept of III-V MOSFET. Its outstanding transport properties hold a promise of reduced CMOS supply voltage without compromising the performance. This can path a way not only to the smaller, greener electronics but also to more co-integrated RF and CMOS electronics. In this context, we present fabrication and characterization of Ultra-Thin body InAs MOSFETs and InAs FinFET. Synergy of a deeply scaled gate length, low access resistance and a high mobility of InAs channel enabled to obtain impressively high drain currents (IMAX=2000mA/mm for LG=25nm). Equally, the introduction of Ultra-Thin body and FinFET channel design provides an improved electrostatic control. A specific feature of the process presented in this work is a fabrication of contacts and channel by localized molecular beam epitaxy MBE epitaxy.

Une grille de calcul regroupe un très grand nombre de ressources de calcul hétérogènes, pouvant appartenir à différents domaines d'administration. Les grille sont attractives car elles peuvent fournir à leurs utilisateurs les ressources nécessaires à l'exécution d'applications de calcul scientifique. Cependant exécuter une application sur la grille est une tâche difficile car la fréquence des défaillances matérielles y est élevés. Pour assurer l'exécution fiable d'applications distribuées dans les grilles de calcul, nous proposons tout d'abord un service de recouvrement arrière assurant le redémarrage automatique des applications défaillantes. Nous proposons ensuite une solution assurant la haute disponibilité et l'auto-réparation de services de grille. Enfin nous proposons un protocole de recouvrement arrière pour application à échange de messages passant à l'échelle.

De nombreux problèmes scientifiques et industriels ont besoin de la résolution de systèmes linéaires non symétriques à grande échelle, qui sont décrits par des matrices creuses de très grande taille. On utilise fréquemment dans ce cas des méthodes numériques itératives et on fait appel au parallélisme pour une résolution rapide et efficace. L'algorithme GMRES(m) est une méthode itérative qui donne de bons résultats dans la plupart des cas. Mais on observe une limitation à sa parallélisation en raison des nombreuses communications produites. Dans quelques cas, la convergence est atteinte très lentement, voire jamais. Nous présentons dans cette thèse une méthode hybride GMRES(m)/LS-Arnoldi qui accélère la convergence grâce à la connaissance des valeurs propres calculées parallèlement par la méthode d'Arnoldi pour les cas réels, avec son implantation sur des supercalculateurs. Une extension aux cas complexes est également étudiée. La dernière tendance du calcul global, le calcul de grille, propose l'exploitation massive des ressources vacantes des réseaux locaux ainsi que sur Internet. Son avantage peut être énorme pour l'exécution d'applications parallèles. L'environnement XtremWeb est un système de grille léger, tolérant aux défaillances et sécurisé pour l'exécution d'applications parallèles. Il est un environnement de calcul haute-performance, une plate- forme de grille logicielle d'expérimentation pour des institutions académiques ou industrielles. Nous présentons dans cette thèse les implantations de la méthode GMRES(m) sur ce système de grille XtremWeb ainsi que sur un environnement distribué de calcul LAM-MPI. Nous avons fait de multiples tests sur grille et supercalculateur. Des performances que nous avons obtenues, nous constatons les avantages et les inconvénients de ces plates-formes de calcul différentes.

Avec la miniaturisation des composants CMOS, l'utilisation du polysilicium comme matériau de grille est aujourd'hui remise en cause. L'insertion d'une couche métallique entre le diélectrique de grille et le polysilicium est alors indispensable mais nécessite le développement de nouveaux procédés de gravure plasma. L'objectif de ce travail est de proposer un procédé de gravure plasma pour la gravure des métaux W et WN dans un empilement polysilicium/TiN/W(WN)/high-k (matériau à haute permittivité diélectrique). <br />La première étape a donc consisté à caractériser les matériaux de départ en distinguant la caractérisation avant et après intégration dans l'empilement de grille. Les différences révélées à travers cette première étude ont imposé deux stratégies de gravure différentes. Nous proposons une solution en gravant le WN en Cl2/O2 et le W en Cl2/O2/NF3. Cette solution permet une gravure verticale du métal sans dégrader l'intégralité de la grille et le diélectrique sous-jacent.<br />Le deuxième volet de ce travail a consisté à comprendre de manière approfondie les mécanismes de gravure du W et du WN dans les chimies à base de Cl2/O2. Les aspects étudiés sont les interactions plasma/surface, la composition des plasmas de type Cl2/O2, les couches de passivation qui se forment sur les flancs des motifs gravés et l'état de surface des parois du réacteur.

Les composants à grille isolée, omniprésents dans les structures de conversion d'énergie, sont soumis à des exigences de plus en plus poussées : performances électriques, intégrabilité, fiabilité... Nous avons modélisé le comportement électrique dynamique de MOSFETs de puissance à partir de leurs caractéristiques physiques et géométriques. Cette modélisation, validée par la réalisation de prototypes, permet un dimensionnement des besoins énergétiques du composant en commutation, autorisant ainsi l'étude de solutions permettant l'intégration de l'alimentation de l'étage de commande. Deux structures d'auto-alimentation, compatibles avec la filière technologique du composant principal, ont été développées. Enfin, des travaux d'optimisation, portant sur la géométrie du composant, montrent qu'il est possible de dimensionner ce dernier de manière à minimiser ses besoins énergétiques en commutation, perspective intéressante pour l'intégration.

Les entrepôts de données XML forment une base intéressante pour les applications décisionnelles qui exploitent des données hétérogènes et provenant de sources multiples. Cependant, les Systèmes de Gestion de Bases de Données (SGBD) natifs XML actuels présentent des limites en termes de volume de données gérable, d'une part, et de performance des requêtes d'interrogation complexes, d'autre part. Il apparaît donc nécessaire de concevoir des méthodes pour optimiser ces performances.<br /><br />Pour atteindre cet objectif, nous proposons dans ce mémoire de pallier conjointement ces limitations par fragmentation puis par répartition sur une grille de données. Pour cela, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à la fragmentation des entrepôts des données XML et nous avons proposé des méthodes qui sont à notre connaissance les premières contributions dans ce domaine. Ces méthodes exploitent une charge de requêtes XQuery pour déduire un schéma de fragmentation horizontale dérivée.<br /><br />Nous avons tout d'abord proposé l'adaptation des techniques les plus efficaces du domaine relationnel aux entrepôts de données XML, puis une méthode de fragmentation originale basée sur la technique de classification k-means. Cette dernière nous a permis de contrôler le nombre de fragments. Nous avons finalement proposé une approche de répartition d'un entrepôt de données XML sur une grille. Ces propositions nous ont amené à proposer un modèle de référence pour les entrepôts de données XML qui unifie et étend les modèles existants dans la littérature.<br /><br />Nous avons finalement choisi de valider nos méthodes de manière expérimentale. Pour cela, nous avons conçu et développé un banc d'essais pour les entrepôts de données XML : XWeB. Les résultats expérimentaux que nous avons obtenus montrent que nous avons atteint notre objectif de maîtriser le volume de données XML et le temps de traitement de requêtes décisionnelles complexes. Ils montrent également que notre méthode de fragmentation basée sur les k-means fournit un gain de performance plus élevé que celui obtenu par les méthodes de fragmentation horizontale dérivée classiques, à la fois en terme de gain de performance et de surcharge des algorithmes.