Ce travail se concentre sur le développement d'une procédure expérimentale d’essai mécanique à haute vitesse de déformation de matériaux. La nouveauté de ce travail est l'utilisation de champs d’accélération mesurés comme cellule de force, évitant la nécessité des mesures des forces externes. Pour identifier les paramètres constitutifs des matériaux testés à partir des mesures de champs, la méthode champs virtuels (MCV) basé sur le principe des puissances virtuelles (PPV) est utilisée. En dynamique, avec la MCV, il est possible de définir des champs virtuels qui mettent à zéro les puissances virtuelles des forces externes. Au lieu de cela, l'accélération obtenue grâce à une double dérivation temporelle des déplacements peut être utilisée comme une cellule de force. Enfin, les paramètres élastiques peuvent être identifiés directement à partir d’un système linéaire qui se construit en réécrivant le PPV avec autant de champs virtuels indépendants que d’inconnues à identifier. Cette procédure est d'abord validée numériquement par des simulations éléments finis puis mise en œuvre expérimentalement en utilisant deux configurations d’impact différentes. Les résultats confirment que effets inertiels peuvent être utilisés pour identifier les paramètres des matériaux sans la nécessité de mesurer la force d’impact, et sans exigence de déformations uniformes comme dans les procédures actuelles basées sur le montage de barres d’Hopkinson. Ces nouveaux développement ont le potentiel de mener à de nouveaux essais standards en dynamique rapide / This work focuses on the development of a novel experimental procedure for high strain rate testing of materials. The underpinning novelty of this work is the use of the full-field acceleration maps as a volume distributed load cell, avoiding the need for impact force measurement. To identify the constitutive parameters of materials from the full-field data, the Virtual Fields Method (VFM) based on the principle of virtual work is used here. In dynamics, using the VFM, it is possible to define particular virtual fields which can zero out the virtual work of the external forces. Instead, the acceleration obtained through second order temporal differentiation from displacement can be used as a load cell. Finally, the elastic parameters can be identified directly from a linear system which is built up through rewriting the principle of virtual work with as many independent virtual fields as unknowns. Thus, external force measurement is avoided, which is highly beneficial as it is difficult to measure in dynamics. This procedure is first numerically validated through finite element simulations and then experimentally implemented using different impact setups. Both results confirm that inertial effects can be used to identify the material parameters without the need for impact force measurements, also relieving the usual requirements for uniform/uniaxial stress in SHPB like test configurations. This exciting development has the potential to lead to new standard testing techniques at high strain rates

L’imagerie par résonnance magnétique trouve depuis ces dernières années des applications notables dans le domaine de l’imagerie moléculaire, qui représente un atout considérable pour l’investigation et la compréhension des processus biologiques. Des agents de contraste dits « intelligents » et spécifiques du processus physiologique que l’on souhaite détecter (pH, température, concentration en ion métallique, métabolite, etc.) sont alors développés. Cette thèse se concentre sur le développement et l’étude de nouveaux agents de contraste conçus pour la détection spécifique de l’activité enzymatique. Ces agents consistent en un complexe de lanthanide paramagnétique de type LnDO3A couplés par le biais d’un espaceur (auto-immolable par exemple) au substrat spécifique de l’enzyme ciblée. Après coupure du substrat par l’enzyme, la structure chimique de l’agent de contraste est modifiée entrainant des variations significatives de la relaxivité et des propriétés paraCEST des complexes. La caractérisation physico-chimique de certains complexes de Ln³⁺ et de Mn²⁺ a été réalisée. Les complexes de Gd³⁺ étudiés ont eu des réponses enzymatiques T1 prometteuses et les complexes de Ln³⁺ paramagnétiques étudiés (autres que Gd³⁺) ont montré une possible détection paraCEST de l’activité enzymatique. Les paramètres influençant l’effet CEST (structure moléculaire du complexe, choix du lanthanide, etc.) ont également été mis en évidence. Cependant la coupure enzymatique de certains composés reste encore à améliorer. / Over the past years, Magnetic Resonance Imaging has found significant applications in the field of molecular imaging, which is a considerable asset for investigating and understanding biological processes. Towards this objective, smart or responsive contrast agents (CA) which are specific of the physiological phenomenon that we aim to visualize (pH, temperature, metal ion concentration, metabolites, etc.) have been widely explored. This thesis focuses on the synthesis and the investigation of novel CAs designed for specific detection of enzyme activities. These CAs consist of a DO3A-type lanthanide chelate coupled via a spacer (e.g. a self-immolative linker) to an enzyme-specific substrate. After cleavage of the substrate by the enzyme, the CA’s chemical structure is modified leading to significant variations in the relaxivity or the paraCEST properties of the complexes. In this context, the physical chemical characterization of several Ln³⁺ and Mn²⁺ complexes has been achieved. Some Gd³⁺ complexes showed promising T1 responses while other paramagnetic Ln³⁺ complexes (Ln³⁺ = other than Gd³⁺) exhibited interesting paraCEST properties for enzymatic detection. The parameters affecting CEST properties (e.g. molecular structure of the complex, choice of lanthanide, etc.) have also been widely investigated. Nevertheless, the enzymatic cleavage of some compounds still need to be improved.

Les mousses métalliques ont connu un essor important durant les dernières décennies. Leur capacité à supporter de très larges niveaux de déformation tout en transmettant de faibles contraintes les rend particulièrement adaptés à des solutions d'absorption d'énergie ou de protection contre des sollicitations intenses.Le comportement dynamique de ce type de matériau peut être influencé par les effets inertiels au niveau des parois ou des ligaments constituant son squelette (micro-inertie). Un modèle de comportement à base micromécanique a été développé pour prendre en compte les effets micro-inertiels sur le comportement macroscopique de mousses à porosités fermées. Le modèle proposé repose sur la procédure d'homogénéisation dynamique introduite par Molinari et Mercier (2001). Par cette approche, les effets micro-inertiels apparaissent sous la forme d'un terme supplémentaire dans le tenseur des contraintes, appelé contrainte dynamique. À partir de comparaisons avec des données extraites de la littérature, il est ainsi démontré qu'inclure les effets micro-inertiels permet d'obtenir une meilleure description de la réponse des mousses sous choc.L'influence d'une épaisseur de mousse localisée entre un explosif et une enveloppe cylindrique a ensuite été étudiée en suivant deux approches. La première, qui s'appuie sur les travaux de Gurney (1943), repose sur des considérations énergétiques. La seconde méthode permet d'aboutir à une description plus détaillée des tailles et vitesses de fragments. Elle repose sur la combinaison d'un modèle éléments finis pour décrire la propagation de l'onde de choc dans la mousse et l'expansion de l'enveloppe et d'un modèle de fragmentation de type Mott (1947). / Metallic foams have known a growing interest in the last decades. Their ability to undergo very large strains while transmitting only reasonable stress levels makes them particularly suitable for energy absorption applications and protection against intense solicitations. The dynamic behavior of metal foams is linked to inertial effects appearing at the walls and ligaments of the material microstructure (micro-inertia). A constitutive model has been developed to take micro-inertial effects into account when describing the macroscopic behavior of closed-cell foams submitted to dynamic loadings. The proposed approach was developed using the dynamic homogenization procedure introduced by Molinari and Mercier (2001). Within this framework, micro-inertial effects appear as an additional stress term, called dynamic stress. Comparisons with data from literature have showed that including micro-inertia effects allows one to achieve a better description of the foam response under shock loading.The influence of a foam layer placed between an explosive and a cylindrical casing has been investigated by following two approaches. The first one is based on energetic considerations, following the work of Gurney (1943). The second method allows one to obtain a more detailed description of fragment sizes and velocities. It relies on the combined use of a finite element model and a description of the shell fragmentation based on the work of Mott (1947).

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse concernent le développement et la mise en oeuvre d'un algorithme de filtrage particulaire pour le recalage de la navigation inertielle par mesures altimétriques. Le filtre développé, le MRPF (Mixture Regularized Particle Filter), s'appuie à la fois sur la modélisation de la densité a posteriori sous forme de mélange fini, sur le filtre particulaire régularisé ainsi que sur l'algorithme mean-shift clustering. Nous proposons également une extension du MRPF au filtre particulaire Rao-Blackwellisé appelée MRBPF (Mixture Rao-Blackwellized Particle Filter). L'objectif est de proposer un filtre adapté à la gestion des multimodalités dues aux ambiguïtés de terrain. L'utilisation des modèles de mélange fini permet d'introduire un algorithme d'échantillonnage d'importance afin de générer les particules dans les zones d'intérêt. Un second axe de recherche concerne la mise au point d'outils de contrôle d'intégrité de la solution particulaire. En nous appuyant sur la théorie de la détection de changement, nous proposons un algorithme de détection séquentielle de la divergence du filtre. Les performances du MRPF, MRBPF, et du test d'intégrité sont évaluées sur plusieurs scénarios de recalage altimétrique / This thesis deals with the development of a mixture particle filtering algorithm for inertial navigation update via radar-altimeter measurements. This particle filter, the so-called MRPF (Mixture Regularized Particle Filter), combines mixture modelling of the posterior density, the regularized particle filter and the mean-shift clustering algorithm. A version adapted to the Rao-Blackwellized particle filter, the MRBPF (Mixture Rao-Blackwellized Particle Filter), is also presented. The main goal is to design a filter well suited to multimodal densities caused by terrain amibiguity. The use of mixture models enables us to introduce an alternative importance sampling procedure aimed at proposing samples in the high likelihood regions of the state space. A second research axis is concerned with the development of particle filtering integrity monitoring tools. A novel particle filter divergence sequential detector, based on change detection theory, is presented. The performances of the MRPF, MRBPF and the divergence detector are reported on several terrain navigation scenarios

L'endommagement des matériaux ductiles est un processus impliquant trois étapes : la nucléation, la croissance et la coalescence de vides. La phase de croissance des vides a été largement étudiée dans la littérature. Il a été montré que, durant cette étape, la forme des vides joue un rôle fondamental sur le comportement macroscopique du matériau. Dans le cas de sollicitations dynamiques, les effets micro inertiels, qui résultent des accélérations subies par la matrice au voisinage du vide, influent eux aussi fortement sur la croissance des vides. Cependant, les travaux intégrant simultanément ces deux contributions (effets inertiels et forme) sont très rares. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de comportement pour les matériaux poreux qui prend en compte la forme des vides et les effets micro inertiels. Dans une première partie, un volume élémentaire représentatif défini par deux ellipsoïdes allongés confocaux est utilisé pour représenter le matériau poreux. La matrice est rigide viscoplastique. En se basant sur les travaux de Molinari et Mercier (2001), la contrainte macroscopique se décompose en une partie statique et une partie dynamique. La contrainte statique est décrite par le modèle de Gologanu et al. (1997). La contrainte dynamique est obtenue en adoptant le champ de vitesse de Gologanu et al. (1993). Avec cette modélisation, il est montré que la contrainte dynamique est liée de façon quadratique au tenseur des vitesses des déformations et de façon linéaire à sa dérivée par rapport au temps. Le modèle fait l'objet d'une validation sur la base de comparaisons avec des résultats de calculs par éléments finis. Différentes forme de vides et valeurs de la porosité ont été considérées. Dans une seconde partie, le cas de matériaux contenant des vides aplatis est abordé ; le volume élémentaire représentatif est défini par deux ellipsoïdes confocaux aplatis. La contrainte statique est toujours décrite par le modèle de Gologanu et al. (1997). La contrainte dynamique est obtenue en adoptant le champ de vitesse de Gologanu et al. (1994). La procédure de validation est identique à celle mise en œuvre dans le cas des vides allongés. Une bonne adéquation entre les résultats du modèle et les résultats de calculs par éléments finis est retrouvée. L'utilisation des surfaces d'écoulement permet de mettre en lumière les effets de la forme des vides sur le comportement du matériau poreux sous chargement dynamique. En fonction du chargement appliqué, certaines géométries de vide favorisent la déformation du matériau. Le cas particulier du vide sphérique est étudié comme limite des deux modèles. La continuité des deux modèles est démontrée. L'évolution de la porosité et de la forme des vides dans un matériau poreux sous chargement dynamique est analysée. Des comparaisons avec des résultats de simulations par éléments finis sont proposées. L'influence de la triaxialité et de la vitesse du chargement sur le comportement dynamique du matériau poreux est étudiée, ainsi que celle de la forme initiale du vide. Au final, il est démontré que le modèle développé dans cette thèse permet de retrouver les tendances fournies par les calculs éléments finis / The ductile fracture mechanism involves three stages: void nucleation, void growth and void coalescence. Under dynamic loading conditions, void growth is strongly affected by microinertia effects resulting from the local acceleration of the matrix material in the vicinity of the void. Several works devoted to quasi-static conditions also show that void shape has a strong impact on the behavior of porous ductile materials. However, there exist only few works considering the combined effect of these two contributions. In the present work, we propose an original, multi-scale constitutive model of porous materials, taking into account void shape and micro-inertia effects. In a first step, a representative volume element defined by two confocal prolate spheroids is used to represent the porous material. The matrix behavior is assumed to be rigid-viscoplastic. Based on the work of Molinari and Mercier (2001), the macroscopic stress is the sum of a static and a dynamic part. The static contribution is described by the Gologanu et al. model (1997). The dynamic stress is derived by choosing the trial velocity field proposed by Gologanu et al. (1993). With the present modeling, a link is established between the macroscopic dynamic stress, on the one hand and, the macroscopic strain rate tensor and its time derivative on the other hand. To validate the proposed model, finite element computations have been performed for different void geometries and void volume fractions. The influence of micro-inertia on the macroscopic flow surface is analyzed and a good agreement between modeling and simulations is observed. In a second step, a representative volume element defined by two confocal oblate spheroids is used to represent the porous material. For this configuration, the static contribution is also described by using the Gologanu et al. model (1997), while the derivation of the dynamic stress is based on the trial velocity field proposed by Gologanu et al. (1994). As for the prolate case, a good agreement is retrieved between model predictions and results of finite element computations. The spherical void configuration is investigated as the limit case for the oblate and prolate models. The continuity between the two models is established. Finally, the proposed models are combined to investigate the porosity and void shape evolutions in a porous solid under dynamic loadings. A parametric study has been performed by varying the stress triaxiality, the initial void shape and the loading rate. Significant void shape variations are observed for low triaxiality loadings. With the present modeling, the void can evolve from prolate to oblate shapes (and the reverse). Model predictions are compared to finite element computations

Les objectifs de la présente thèse sont l'analyse des mécanismes de couplage surface-atmosphère contrôlant la température moyenne de surface et son cycle diurne dans les régions sèches, humides et de transition.Nous montrons le rôle clé de l'inertie thermique sur la température de surface dans les régions sèches. La sensibilité à l'inertie thermique de la température de nuit est plus élevée que la sensibilité de la température de jour, impactant la température moyenne journalière. Nous montrons que cet effet est directement lié à l'instabilité de la couche limite, plus forte le jour que la nuit. Nous mettons également en lumière le double rôle du forçage solaire : Le premier est d'être la source du contraste diurne de la couche limite, à l'origine de la dissymétrie de réponse de la température à l'inertie thermique, le second est d'atténuer cet effet, puisque la forte dissymétrie du forçage solaire favorise la sensibilité de la température de jour par rapport à la nuit.Dans les régions humides, nous constatons que la sensibilité de la température de surface à l'inertie thermique est très faible. Ceci est dû aux fortes valeurs du flux latent qui contrôle la température de surface. Néanmoins, nous signalons que l'inertie thermique peut impacter le bilan d'eau à la surface, comme dans la région de la mousson indienne par exemple.Dans les régions de transition, nous montrons que la relation entre la température et l'humidité de surface est atténuée de 20 à 50 \% environ, du fait de la dépendance de l'inertie thermique à l'humidité de surface. Nous suggérons ainsi d'intégrer l'effet de l'humidité sur l'inertie thermique en plus de son effet sur l'évaporation. / The main objectives of this study are to analyze the surface-atmosphere coupling mechanisms controlling the mean temperature and its diurnal cycle in the dry, humid and transitional zones. We show that thermal inertia plays a key role on the surface temperature in dry regions. The sensitivity of surface temperature to thermal inertia is high during the night but low during the day, impacting the mean surface temperature. We demonstrate that this effect is directly related to the instability of the planetary boundary layer, which is higher during the day compared to the night.Moreover, we emphasize the dual role of the solar forcing. The first one is to be the source of the diurnal contrast of the planetary boundary layer, which is the origin of the diurnal asymmetry of the surface temperature response to thermal inertia. The second one is to attenuate this effect, since the high asymmetry of the solar forcing foster the sensitivity of the day temperature compared to the night. In humid regions, we notice that the sensitivity of the surface temperature to thermal inertia is weak. This is due to the high values of the latent heat flux which controls the surface temperature. Nevertheless, we should point out that the thermal inertia may have an impact on the water budget at the surface, as it is the case in the Indian Monsoon region. In the transitional regions, we show that the relation between surface temperature and soil moisture is attenuated by about 20 to 50 % because of the dependency of the thermal inertia to soil water content. Hence, we suggest to integrated the effect of soil moisture on the thermal inertia in addition to its effect on evaporation.

Les instruments politiques sur les émissions de véhicules passagers visent à réduire les externalités négatives sur l'environnement causées par l'usage des véhicules. Des réglementations sur les émissions de CO2 ont été mises en place en Europe, aux États-Unis, en Chine et ailleurs. La cible réglementaire basée sur la moyenne des émissions des véhicules vendus par un constructeur devient plus contraignante au fil du temps. Cette thèse analyse comment les constructeurs automobiles anticipent et préparent leurs futurs portefeuilles de technologies afin de respecter les futurs objectifs politiques. Pour conduire cette analyse, cette thèse développe un modèle d'optimisation des choix technologiques sous la contrainte de diffusion technologique.Avec ce cadre de modélisation basé sur la limitation de la vitesse à laquelle une technologie peut se diffuser dans un marché, cette thèse étudie trois questions politiques. Dans un premier temps, nous analysons comment le type d'anticipation du futur peut modifier les choix technologiques faits à court et à long termes. Nous montrons qu'une anticipation du futur focalisée sur les objectifs de court terme peut empêcher l'atteinte de la cible à long terme. Respecter la cible à court terme n'est une condition ni nécessaire ni suffisante pour permettre le niveau d'émissions requis par la cible à long terme. De plus si l'anticipation du futur n'est pas parfaite, les choix technologiques vont être verrouillés dans des technologies à faible potentiel d'abattement créant ainsi une dépendance au sentier qui limite l'abattement potentiel à long terme.Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à évaluer quantitativement comment l'indexation sur la masse des véhicules de la réglementation CO2 change les critères optimaux de choix. Nous montrons qu'il n'existe pas de différence significative dans le coût social de la mobilité entre les deux mécanismes de réglementation CO2 avec et sans indexation sur la masse pour une même cible d'émissions. Cependant les choix technologiques entre ces mécanismes sont différents, la réglementation CO2 indexée à la masse ne développe en aucun cas les technologies d'allègement.Dans un troisième temps, nous étudions comment les choix technologiques changent quand des politiques à objectifs multiples se superposent. Nous centrons notre analyse sur deux externalités associées à la mobilité: les émissions CO2 et la pollution de l'air locale. Nous montrons trois types d'impacts de la superposition de politiques. Premièrement, une politique technologiquement spécifique tel que le Mandat de Véhicule à Zéro Émission en combinaison avec la réglementation CO2 provoque le développement de technologies vertes coûteuses et empêche les technologies sales et peu coûteuses de disparaître. Dans le cas de l'application de la réglementation CO2 seule nous n'observons pas ce comportement. Deuxièmement, la superposition de politiques peut mener à un coût élevé quand les technologies adaptées à chacune des politiques sont très différentes. Troisièmement, nous trouvons un effet ambigu de la superposition de politiques relative à l'application d'une politique seule sur la performance environnementale. / Policy instruments on passenger vehicle emissions aim at reducing negative environmental externalities from vehicles use. To regulate CO2 emissions, fuel economy standards have been put in place in Europe and in the US, among others. These standards are made more stringent over time. This thesis analyzes how automotive firms anticipate and prepare their future technology portfolio to comply with expected future standards. To do so, we develop a model of optimal technology choice that captures technology diffusion constraints.With this framework, this thesis investigates three policy questions. First, we ask how the form of anticipation can affect near- and long-term technology choices. We find that focusing solely on near-term objectives can lead to failure to comply with a long-term target. In fact, meeting the near-term target is not a necessary nor a sufficient condition to satisfy long-term compliance. Moreover, when there is partial anticipation, as in a myopic view of the future, technology choices will be stuck with low abatement technologies creating a path dependency that limits long-term abatement potential.Second, we ask how much indexing fuel economy standard to mass (as in Europe or China) changes the optimal technology. We show that, for the same emission target, there is no significant difference in the social cost of mobility for an average vehicle with and without mass index. Thus a heavier vehicle fleet has the same cost than a lighter one. However, the technology choices are different, and mass indexed fuel economy standards lead to sidestepping lightweight technologies despite being cost effective from a CO2 emissions abatement point of view.Third, we ask how technology choices change when policies with multiple objectives overlap. We focus on two externalities associated with mobility: CO2 emissions and local air pollution. We show three type of effects of overlapping policies. First, a technology specific policy such as the Zero Emission Vehicle Mandate in combination with a fuel economy standard induces carmakers to develop more expensive green technologies and prevents cheap, dirty technologies from disappearing compared to the case of a fuel economy standard alone. Second, the combination of policies can lead to very high costs when technologies adapted to each policy are very different. Third, we find an ambiguous effect of overlapping policies relative to single-objective policy in terms of emissions performance.

Ce mémoire de recherche-création est d’abord un roman intitulé « Les fuckalls » portant sur les dérives quotidiennes d’un groupe d’amis résidant à Sherbrooke et leur tentative de former une communauté dans une société de performance. Seront considéré dans cette partie la conscience de la fiction, l’ennui, les relations et l’inertie. La partie analyse est une réflexion autour de l’idée de l’éloge de l’inertie, à travers le déploiement des mécanismes de l’ironie dans Document 1 de François Blais (2012), un récit de voyage subvertit par un duo de personnages ludiques, Tess et Jude. Cet essai investit d’abord la manière dont est inscrite l’inertie, notamment par l’exploration du quotidien et habitudes des personnages, mais aussi l’humour, aspect pouvant afficher le roman comme un hommage à L’hiver de force de Réjean Ducharme (1973). Le ton humoristique serait en lien avec la connivence que la narratrice tente de développer avec le lecteur, au travers d’une narration dite niaiseuse. Cette connivence est nécessaire à l’inscription de l’ironie dans le roman, qui passe entre autres par le récit et le discours de la narration, se déclinant autant les péripéties contradictoires qu’amène la quête falsifiée des personnages. L’analyse explore la façon dont est renversée cette doxa prônant le départ comme clé du bonheur, par l’exploration du territoire de proximité et la mise en abyme du récit. Au final, l’impossibilité même du départ traduit la fatalité inhérente au contexte dans lequel évolue les personnages, c’est-à-dire le confort et la raillerie. Les œuvres convoquées tissent entre elles des arguments amenant à la réflexion que l’ironie ici est le mécanisme portant l’éloge de l’inertie. / This memoir in creation-research is first and foremost a novel named “Les fuckalls”, in which is illustrated the aimless drifting of some teenagers in Sherbrooke, Québec as well as their attempt to form a community in a society that promotes productivity and appearance. Will be considered in this part the awareness of the fiction process, boredom, relationships and apathy. The research part focuses around the idea of the praise of apathy that comes from the mechanisms of irony in Document 1 by François Blais (2012), a road novel subverted by the playful duo formed by Tess and Jude. First, this essay dissects the way the notion of apathy is inserted in the daily lives of the characters, as well as the humor process, which can appear as a homage to the 1973 novel L’hiver de force, by Réjean Ducharme. This particular humoristic tone is linked to the complicity the narrator is trying to develop through a narration said to be mindless. This complicity is necessary to the inscription of irony in the text, which is manifesting itself through the story and the narration, as well as the contradictory twists that is brought by a falsified quest. This research explores the way that this doxa, which advocates that the key to happiness has to be somewhere else, is deflected by the author by the exploration of the adjacent territory and the mise en abyme of the story. In the end, the impossibility of any departure translates the inherent fatality of apathy, the state in which the characters are living their lives. The studied corpus links the irony as the mechanism that supports the praise of apathy.

Les capsules, formées d’une goutte protégée par une membrane élastique, sont très présentes naturellement et dans diverses applications industrielles, mais peu d’études ont exploré les phénomènes transitoires de leur relaxation. L’objectif est d’étudier l’influence de l’inertie et du confinement sur la relaxation d’une capsule sphérique (1) pré-déformée en ellipsoïde et relâchée dans un canal carré où le fluide est au repos, (2) sous écoulement dans un canal carré à expansion soudaine (‘marche’). La capsule est modélisée comme un fluide Newtonien dans une membrane hyper-élastique sans épaisseur ni viscosité, et simulée en couplant les méthodes Volumes Finis - Eléments Finis - frontières immergées. Sa relaxation dans un fluide au repos comporte 3 phases : amorçage du mouvement du fluide, phases rapide puis lente de rétraction de la membrane. Trois régimes existent selon le rapport de confinement et le rapport des nombres de Reynolds et capillaire : amortissements pur, critique ou oscillant. Un modèle de Kelvin-Voigt inertiel est proposé pour prédire les temps de réponse et aussi appliqué à une capsule en écoulement dans le canal microfluidique avec marche. La comparaison aux simulations 3D montre sa pertinence aux temps courts de la relaxation. Ces travaux ouvrent la voie à l’étude d’écoulements transitoires de capsules confinées dans des systèmes microfluidiques complexes. / Capsules, made of a drop protected by an elastic membrane, are widly present in nature and in diverse industrial applications, but few studies have explored the transient phenomena governing their relaxation. The objective of the PhD is to study the influence of inertia and confinement on the relaxation of a spherical capsule (1) pre-deformed into an ellipsoid and released in a square channel where the fluid is quiescent, (2) flowing in a square channel with a sudden expansion (‘step’). The capsule is modeled as a Newtonian fluid in a hyperelastic membrane without thickness or viscosity and is simulated coupling the Finite Volume - Finite Element - Immersed Boundary Methods. Its relaxation in a quiescent fluid exhibits three phases: the initiation of the fluid motion, the rapid and then slow retraction phases of the membrane. Three regimes exist depending on the confinement ratio and the Reynolds to capillary number ratio: pure, critical or oscillating damping. A Kelvin-Voigt inertial model is proposed to predict the response time constants and also applied to a capsule flowing in the microfluidic channel with a step. The comparison to 3D simulations shows its relevance at short relaxation times. This work paves the way to the study of transient flows of capsules confined in microfluidic devices.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.