Les simulateurs sont de plus en plus intégrés dans le milieu industriel car ils facilitent les processus de fabrication et de test des objets. Dans ces simulateurs, comme dans d’autres domaines d’application de la réalité virtuelle, des écrans stéréoscopiques sont utilisés afin de rapprocher la vision sur écran de la vision naturelle. Toutefois, l’ajout de la stéréoscopie pose des problèmes au niveau physiologique, comme le conflit vergence-accommodation. Ce conflit est une des causes majeures de fatigue visuelle en vision stéréoscopique.Dans une première partie nous allons nous intéresser aux différentes méthodes permettant de réduire les effets du conflit vergence-accommodation. Puis, nous proposerons, expérimenterons et validerons un nouveau traitement : l’ajout d’un flou en vision périphérique. Ce traitement nous a permis de réduire la fatigue visuelle. Nous avons de plus trouvé que plus la zone nette est petite, plus le traitement est efficace.La deuxième partie de ce manuscrit sera consacrée à l’amélioration de la perception des formes en vision stéréoscopique artificielle. L’apport principal sera la prise en compte du point de regard dans le processus de rendu afin de reproduire l’impact de la direction du regard sur la perception de l’environnement et ainsi améliorer la perception de l’environnement virtuel. Cela génère des parallaxes verticales en vision périphérique. Cette nouvelle méthode de rendu permet d’améliorer la perception des formes lorsque celles-ci sont proches de l’utilisateur. / Simulators are more and more used in industry because they help for making and testing objects. Like in other domains, simulators use stereoscopic screen to get closer natural vision and artificial vision. However, stereoscopy create some physiological problems like vergence-accommodation conflict. This conflict is one of the main cause of visual strain while viewing stereoscopic contents. In a first part, we will see some methods to reduce visual fatigue due to vergence-accommodation conflict. Then, we will propose, test and validate a new method: a blur in peripheral vision. This treatment reduce eye strain. In addition, we found out that the smaller the sharp area is, the more effective the treatment is. In the second part, we will focus on the shape perception in stereoscopic vision and how to improve it. The main contribution will be to take into account the user’s gaze point in the rendering process to reproduce the effect of the gaze direction in natural vision and improve the perception of the virtual environment. This camera convergence create deformations – called vertical parallaxes – on the screen in peripheral vision. This new method improve shape perception if objects are located close to the user.

L'irradiation génère dans le combustible des gaz de fission, principalement xénon et krypton, présents sous forme dissoute et sous forme de bulles. L’objectif de ces travaux de recherche est de contribuer à la méthodologie de caractérisation de ces bulles et d’apporter ainsi des éléments de validation de référence pour la modélisation. Deux approches sont étudiées. Sur la base d’une méthode existante de détermination de la pression moyenne des bulles par le couplage de trois techniques : EPMA, MEB et SIMS, une nouvelle méthode complémentaire a été mise au point sur une bulle isolée sous la surface. La méthodologie consiste à repérer une bulle fermée et remplie en xénon par des cartographies microsonde et images MEB et de mesurer la quantité de gaz présent par SIMS. Une observation 3D, par abrasion FIB, donne une estimation du volume de la bulle et permet ainsi de calculer la pression de gaz. A 300 K, une estimation des niveaux de pression est obtenue, sur des bulles intragranulaires, micrométriques du centre de pastilles de combustibles irradiés. En parallèle, une méthode de mesure du champ de déformation élastique engendré par la présence de bulles pressurisées, est développée par HR-EBSD. Un modèle par éléments finis permet d’évaluer les niveaux de déformation autour des bulles de gaz de fission et met en évidence que seules les bulles nanométriques engendrent des déformations élastiques mesurables par cette technique. Au préalable, la méthode a été calibrée à partir d’essais de flexion quatre points sur du silicium monocristallin et sur des céramiques implantées en xénon, permettant une exploitation étendue de la méthode par la prise en compte de déformations libres. Cette étape définit les paramètres d’acquisition et de traitement optimum pour son application sur combustible irradié. La mesure de déformation élastique par HR-EBSD sur combustible irradié reste une mesure relative qui demandera davantage de réflexion quant au choix de la référence. / The irradiation generates in the fuel, fission gases, mainly xenon and krypton, present in dissolved form and in the form of bubbles. This research objective is to contribute to the fission gas bubbles methodology of characterization and thus to bring elements of reference for the models validation. Two approaches are studied. Based on an existing method of bubbles average pressure evaluation by the coupling of three techniques: EPMA, SEM and SIMS, a new complementary method has been developed on an isolated bubble under the surface. The methodology consists in identifying a closed and filled bubble with xenon by microprobe mapping and SEM images and to measure the amount of present gas by SIMS. 3D observation by FIB abrasion provides an estimation of the bubble volume and thus allows to calculate the bubble pressure. At 300 K, an estimation of the pressure levels is obtained on intragranular micrometric bubbles from the fuel pellets center area. Meanwhile, a method of elastic field strain measurement, produced by the presence of pressurized bubbles, is developed by HR-EBSD. A finite element model evaluates the levels of strain around the fission gas bubbles and shows that only nanometric bubbles generate measurable elastic strain by this technique. First, the method was calibrated from four points bending tests on monocrystalline silicon and ceramics implanted with xenon, allowing to take into account free strains. This step defines the parameters of acquisition and optimum treatment for its application on irradiated fuels. Measurement of elastic strain with HR-EBSD on irradiated fuel is a relative measure that will require further consideration in the choice of the reference.

Les caoutchoucs naturels chargés sont largement utilisés pour leurs excellentes propriétés mécaniques comme matériaux structurels dans les pneumatiques. Leurs excellentes performances sont souvent associées à leur capacité à cristalliser sous tension. Dans le cas de la fatigue cyclique, la dissipation induite par la création et fusion de cristallites est souvent donnée comme responsable de la bonne résistance des caoutchoucs naturel à la propagation de fissures. Ce travail de doctorat s'est focalisé sur les divers mécanismes dissipatifs qui sont activé par les grandes déformations rencontrées près d'une pointe de fissure. La diffusion des rayons X a été utilisée pour caractériser les changements de structure à des échelles sub-microniques, tels que la cristallisation sous tension, la création de nano-cavités, ou la réorganisation de la charge. Un premier volet de l'étude s'est focalisé sur des tests uniaxiaux, afin d'étudier l'effet d'un changement de formulation du matériau (taux de charge, densité de réticulation), d'un vieillissement thermique, ou encore d'une élévation de la température sur ces modification de structure. Dans une seconde partie, une caractérisation complète de fissures de fatigue a été effectuée. La corrélation d'image numérique a été utilisée pour mesurer les déformations locales au voisinage d'une pointe de fissure, et les rayons X ont permis d'y associer une mesure locale de la structure du matériau. Les propriétés de fatigue de ces matériaux ont été mit en regard des structures observées afin de discuter leur relation. Il a été mis en évidence que le rôle de la cristallisation dépassait largement sa contribution à la dissipation locale. / Filled natural rubbers are widely used in structural parts such as tires for their outstanding mechanical properties. Their exceptional behavior is often associated to the ability of natural rubber chains to form a crystalline structure under tension. In the case of cyclic fatigue cracking, the dissipation added through crystallization and melting at the crack tip is often seen as the main reinforcing mechanism that reduces fatigue crack growth. This PhD work focused on all the dissipative mechanisms activated by the strain amplification near a crack tip. An extensive use of X-ray scattering was made to investigate sub-micronic changes in structure (strain-induced crystallization, cavitation, filler network). A study was made in uniaxial tension to understand the effects of material composition and test environment on these structure changes. The effect of filler volume fraction, crosslink density, thermal ageing and test temperature were considered. This study was followed by a complete description of several fatigue crack-tips. Digital image correlation was used to map the strain fields at the vicinity of the cracks, while X-ray mapping of the process zone gave information on the local changes in structure. The cyclic fatigue properties of the materials were then discussed through the knowledge acquired both in uniaxial tension and near crack-tips. It showed that the effect of strain induced-crystallization far outweigh the dissipation added.

Un réseau acrylate amorphe a été fabriqué au laboratoire. Une caractérisation de ses propriétés mécaniques par des essais quasi-statiques et cycliques en traction uniaxiale à différentes températures a été effectuée. Puis, des essais qualifiant et quantifiant la propriété de mémoire de forme de ce matériau ont été menés en appliquant des cycles thermomécaniques de traction uniaxiale. Durant cette étude expérimentale, plusieurs paramètres d'essais ont été variés afin d'estimer leur influence sur la propriété de mémoire de forme. Enfin, afin d'étendre les applications mémoire de forme des réseaux polymères, deux études supplémentaires ont été conduites. La première vise à la réutilisation du matériau pour des applications mémoire de forme. La seconde étude vise à renforcer le matériau obtenant un matériau composite pour améliorer sa propriété de retour de forme sous contrainte (en retour de ‘'force'').Afin d'améliorer la conception d'applications des polymères à mémoire de forme, un modèle grandes déformations, combinant les propriétés viscoélastiques et l'équivalence temps--température du matériau, a été choisi pour prédire le comportement et la mémoire de forme du réseau acrylate et ses composites. Le modèle existant dans les librairies matériaux du code éléments finis Abaqus permet de simuler numériquement les cycles thermomécaniques appliqués expérimentalement de manière exacte. Les résultats issus des simulations ont montré une bonne représentation des mesures expérimentales, reproduisant les effets des paramètres du cycle de mémoire observés expérimentalement. Une analyse des paramètres du modèle est proposée mettant en évidence la sensibilité de la propriété de mémoire de forme aux propriétés d'équivalence temps-température mesurées expérimentalement. / A chemically crosslinked amorphous acrylate network has been prepared in the laboratory. Its mechanical properties were characterized by quasi-static and cyclic uniaxial tensile tests, while varying the temperature. The shape memory property of the polymer was recognized by the application of specific thermomechanical cycles in uniaxial tension (free-length and constrained-length recovery). During the experimental study, the thermomechanical cycle parameters were varied in order to study their influence on the shape memory behavior. Two additional studies were included to improve the potential applications of shape memory polymers. The first study targeted the use of the material shape memory property for subsequent shape memory cycles. The second study aimed at improving the material shape memory properties during fixed length heating (constrained-length recovery) by adding fillers .In order to improve the shape memory polymers application design, a large strain model, combining the material viscoleasticity and its time-temperature superposition property, was chosen to predict the shape memory behavior of the material. The model features, existing in the material behavior libraries of the finite element code Abaqus, allowed simulating numerically the experimental thermomechanical shape memory cycles. Results of the simulations showed good agreements when compared with the experimental results, reproducing the shape memory cycles influence to loading parameters. A parameter sensitivity analysis revealed the shape memory property dependence on the time-temperature superposition.

The heart is a complex three-dimensional structure with mechanical properties that are inhomogeneous, non-linear, time-variant and anisotropic. These properties affect major physiological factors within the heart, such as the pumping performance of the ventricles, the oxygen demand in the tissue and the distribution of coronary blood flow. During the cardiac cycle the heart muscle tissue is deformed as a consequence of the active contraction of the muscle fibers and their relaxation respectively. A mapping of this deformation would give increased understanding of the mechanical properties of the heart. The deformation induces strain and stress in the tissue which are both mechanical properties and can be described with a mathematical tensor object. The aim of this master's thesis is to develop a visualization tool for the strain tensor objects that can aid a user to see and/or understand various differences between different hearts and spatial and temporal differences within the same heart. Preferably should the tool be general enough for use with different types of data.

Cette thèse a pour objet la mesure de déformations sans contact lors d'un essai de traction à l'aide de la méthode de corrélation d'images numériques DIC (Digital Image Correlation). Cette technologie utilise le repérage d'un motif aléatoire de tachetures pour mesurer avec précision les déplacements sur une surface donnée d'un objet subissant une déformation. Plus précisément, un algorithme DIC plus efficace a été formulé, appliqué et validé. La présente thèse comporte cinq parties consacrées au développement et à la validation du nouvel algorithme DIC: (a) la formulation mathématique et la programmation, (b) la vérification numérique, (c) la validation expérimentale, par essai de traction, en comparant les mesures DIC à celles obtenues par des jauges de déformation, (d) l'étude d'un procédé d'atomisation novateur pour générer de façon reproductible le motif de tachetures pour un repérage plus exact, et (e) l'analyse des sources d'erreur dans les mesures DIC. Plus précisément, l'algorithme DIC a servi à analyser, à titre d'exemple d'application, les propriétés mécaniques du polyméthyl métacrylate utilisé pour la reconstruction du squelette. Avec l'algorithme DIC, les images d'un objet sont acquises pendant la déformation de celui-ci. On applique ensuite des techniques d'optimisation non linéaire pour suivre le motif de tachetures à la surface des objets subissant une déformation en traction avant et après le déplacement. Ce procédé d'optimisation demande un choix de valeurs de déplacement initiales. Plus l'estimation de ces valeurs de déplacement initiales est juste, plus il y a de chances que la convergence du processus d'optimisation soit efficace. Ainsi, cette thèse présente une technique de traitement novatrice reposant sur une logique floue incluant aussi l'approximation des valeurs initiales du déplacement pour démarrer un processus itératif d'optimisation, ayant pour résultat une reproduction plus exacte et efficace des déplacements et des déformations. La formulation mathématique du nouvel algorithme a été développée et ensuite mise en œuvre avec succès dans le langage de programmation MATLAB. La vérification de l'algorithme a été faite à l'aide d'images de synthèse simu­lant des déplacements de corps rigides et des déformations de traction uniformes. Plus particulièrement, les images de déplacement simulaient (1) des déplacements de 0, 1 - 1 pixel en translation, (2) des angles de rotation de 0, 5 - 5°, et (3) de grandes déformations en traction de l'ordre de 5000 à 300000µE déformation, respectivement. Les processus de vérification ont démontré que le taux d'exactitude du nouvel algorithme DIC est supérieur à 99% en ce qui concerne les mesures des différents types et niveaux de déplacements simulés. Une validation expérimentale a été menée afin d'examiner l'efficacité de la nouvelle tech­nique dans des conditions réalistes. Des échantillons de PMMA normalisés, respectant la norme ASTM F3087, ont été produits, inspectés et soumis à une charge de traction jus­qu'à la rupture. La déformation de la surface des échantillons a été mesurée au moyen (a) du nouvel algorithme DIC, et (b) des techniques utilisant des jauges de déformation de type rosette. La force maximale moyenne et la limite de résistance mécanique des quatre échantillons étaient de 880 ± 110 N et 49 ± 7 MPa, respectivement. La limite moyenne de déformation mesurée par la jauge de déformation et provenant de l'algorithme DIC étaient de 15750±2570 et 19890±3790 µs déformation, respectivement. Des déformations d'un tel ordre sont courantes pour les matériaux polymériques, et jusqu'à maintenant, la technique DIC n'n’était pas développée pour faire des mesures de déformations aussi importantes. On a constaté que l'erreur relative de la mesure DIC, par rapport à la technique de la jauge de déformation, s'élevait à 26 ± 8%. Par ailleurs, le module de Young moyen et le coefficient de Poisson moyen mesurés en utilisant des jauges de déformations étaient de 3, 78 ± 0, 07 G Pa et 0, 37 ± 0, 02, alors qu'ils étaient de 3, 16 ± 0, 61 GPa et 0, 37 ± 0, 08, respectivement lorsque mesurés avec l'algorithme DIC. L'écart croissant entre les mesures de déformation DIC et celles obtenues au moyen de jauges de déformation est probablement lié à la dis­torsion graduelle du motif de tachetures à la surface des échantillons de traction. Par la suite, on a introduit un facteur de correction de 1, 27 afin de corriger l'erreur systématique dans les mesures de déformation provenant de l'algorithme DIC. La limite de déformation des mesures DIC a été rajustée à 15712±357 µs déformation avec un taux d'erreur moyen relatif de -0, 5 ± 7, 1 %, comparé aux déformations mesurées par la jauge de déformation. Le module de Young moyen et le coefficient moyen de Poisson de l'algorithme DIC et des mesures obtenues par la jauge de déformation ont par ailleurs été rajustés à 3, 8 ± 0, 4 GPa et 0, 368 ± 0, 025, respectivement. Au moyen d'un procédé d'atomisation, des taches de peinture ont été générées de façon reproductible sur la surface d'un objet. Une approche expérimentale de planification facto­rielle a été utilisée pour étudier le motif de tachetures (répartition et gradient de l'échelle des tons de gris) pour mesurer l'exactitude de l'algorithme DIC. Plus particulièrement, neuf motifs de tachetures différents ont été générés au moyen du procédé d'atomisation et testés pour la translation et la rotation de corps rigides. Les résultats ont révélé que l'erreur moyenne relative parmi les neuf motifs de tachetures variait de 1, 1 ± 0, 3% à -6, 5 ± 3, 6%. Le motif de tachetures préféré, lequel se démarquait par une large gamme de taches claires et de valeurs de tons de gris, a produit une erreur relative de 1, 1 ± 0, 3%. Une analyse des erreurs et des sources d'erreurs relatives de la mesure de l'algorithme DIC a été menée. Ti-ois catégories de sources d'erreurs, incluant l'algorithme lui-même, les paramètres du processus (taille des sous-ensembles, nombre de pixels calculés) et l'en­vironnement physique (uniformité des échantillons, motifs de tachetures, effet thermique de la caméra CCD et distorsion de la lentille, erreur de non-linéarité dans le circuit de la jauge de déformation) ont fait l'objet d'une étude et de discussions. Enfin, des solutions ont été amenées afin d'aider à réduire les erreurs systématiques et aléatoires en lien avec les trois catégories de sources d'erreurs susmentionnées. Pour terminer, un nouvel algorithme DIC permettant une approximation plus juste de l'estimation initiale, entraînant par conséquent une convergence efficace et précise de l'op­timisation a été développé, programmé, mis en oeuvre et vérifié avec succès pour ce qui est des déformations importantes. La validation expérimentale a fait ressortir une erreur systé­matique inattendue des mesures DIC lorsque comparées aux mesures obtenues au moyen de la technique des jauges de déformation. Plus l'échantillon se déformait, plus l'erreur augmentait proportionnellement. Par conséquent, la distorsion graduelle des tachetures sur la surface de l'objet était probablement la cause de l'erreur. L'erreur étant systéma­tique, elle a été corrigée. Le procédé d'atomisation a permis de générer des tachetures de façon reproductible sur la surface d'un objet. Grâce aux mesures DIC, le comportement mécanique des polymères soumis à des déformations importantes, comme le polyméthyl métacrylate servant à la reconstruction du squelette, peut être étudié et une fois maîtrisé, servir à l'élaboration de matériaux plus efficaces. / Abstract : The present thesis is focused on the non-contact and efficient strain measurement using the Digital Image Correlation (DIC) method, which employs the tracking of random speckle pattern for accurate measurement of displacements on a surface of an object undergoing deformation. Specifically, a more efficient DIC algorithm was successfully developed, implemented, and validated. This thesis consists of five parts related to the novel DIC algorithm: (a) the development and implementation, (b) the numerical verification, (c) the experimental validation, for tensile loading, by comparing to the deformation measurements using the strain gauge technique, (d) the investigation of a novel atomization process to reproducibly generate the speckle pattern for accurate tracking, and (e) the analysis of the error sources in the DIC measurements. Specifically, the DIC algorithm was used to exemplarily examine the mechanical properties of polymethyl methacrylate (PMMA) used in skeletal reconstruction. In the DIC algorithm, images of an object are captured as it deforms. Nonlinear optimization techniques are then used to correlate the speckle on the surface of the objects before and after the displacement. This optimization process includes a choice of suitable initial displacement values. The more accurate the estimation of these initial displacement values are, the more likely and the more efficient the convergence of the optimization process is. The thesis introduced a novel, fuzzy logics based processing technique, approximation of the initial values of the displacement for initializing iterative optimization, which more accurately and efficiently renders the displacements and deformations as results. The mathematical formulation of the novel algorithm was developed and then successfully implemented into MATLAB programming language. The algorithmic verification was performed using computer-generated images simulating rigid body displacements and uniform tensile deformations. Specifically, the rigid motion images simulated (1) displacements of 0.1-1 pixel for the rigid body translation, (2) rotation angles of 0.5-5 ̊ for rigid body rotation and (3) large tensile deformations of 5000-300000µɛ, respectively. The verification processes showed that the accuracy of the novel DIC algorithm, for the simulated displacement types and levels above 99%. The experimental validation was conducted to examine the effectiveness of the novel technique under realistic testing conditions. Normalized PMMA specimens, in accordance to ASTM F3087, were produced, inspected and subjected to tensile loading until failure. The deformation of the specimen surface was measured using (a) the novel DIC, and (b) strain gauge rosette techniques. The mean maximum force and ultimate strength of four specimens were 882.2±108.3 N and 49.3±6.2 MPa, respectively. The mean ultimate deformation from the gauge and DIC groups were 15746±2567µɛ and 19887±3790µɛ, respectively. These large deformations are common in polymeric materials, and the DIC technique has thus far not been investigated for large deformation. The relative mean error of the DIC measurement, in reference to those of the strain gauge technique, was found to be up to 26.0±7.1%. Accordingly, the mean Young's modulus and Poisson's ratio of strain gauge measurement were 3.78±0.07 GPa and 0.374±0.02, and of the DIC measurements were 3.16±0.61 GPa and 0.373±0.08, respectively. The increasing difference of the DIC strain measurements relative to those of the strain gauge technique is likely related to the gradual distortion of the speckle pattern on the surface of the tensile specimen. Subsequently, a Correction Factor (CF) of 1.27 was introduced to correct for the systematic error in the deformation measurements of the DIC group. The corrected ultimate deformation of the DIC measurements became 15712±357µɛ with the relative mean error of -0.5±7.1%, if compared to those measurements of the strain gauge techniques. Correspondingly, the mean Young's Modulus and Poisson's ratio of the DIC and of the strain gauge measurements became 3.8±0.4 GPa and 0.368±0.025, respectively. Using an atomization process, paint speckles were reproducibly generated on the surface of an object. A factorial design of experiments was used to investigate the speckle pattern (grey value distribution and gradient) for the DIC measurement accuracy. Specifically, nine different speckle patterns were generated using the atomization process and tested for rigid body translation and rotation. The results showed the relative mean errors among the nine speckle patterns varied from 1.1±0.3% to -6.5±3.6%. The preferred speckle pattern, which was characterized by a wide range of sharp speckle and of grey values, produced a mean error of 1.1±0.3%. The analysis of errors and relating sources in the DIC measurement was conducted. Three categories of sources including algorithmic sources, processing parameters sources (subset size, number of pixels computed) and physical environment sources (specimen uniformity, speckle pattern, self-heating effect of the CCD camera and lens distortion of the camera, non-linearity error in strain gauge circuit) were investigated and discussed. Finally, the solutions were provided in order to help reduce the systematic and random errors relating to the aforementioned three categories of sources for errors. In conclusion, a novel DIC algorithm for a more accurate approximation of the initial guess and accordingly for an efficient and accurate convergence of the optimization was successfully formulated, developed, implemented and verified for relatively large deformations. The experimental validation surprisingly showed a systematic error of the DIC measurements, if compared to the measurements of the strain gauge technique. The larger the deformation applied to the specimen, the larger the error gradually became. Therefore, the gradual distortion of the speckles on the surface of the object was likely the underlying cause of the error. The error was systematic and therefore corrected. The atomization process allowed generating reproducible speckles on the surface of an object. Using the DIC measurements, the mechanical behavior of polymers, undergoing large deformations, such as polymethyl methacrylate used in skeletal reconstruction can be investigated and, once understood, the knowledge gained can help develop more effective materials.

Les travaux effectués concernent le développement et la caractérisation de nouveaux alliages de titane à grande déformation, combinant des effets TRIP (« Transformation Induced Plasticity ») et TWIP (Twinning Induced Plasticity »). Ils s’inscrivent dans le cadre de la recherche de technologies plus économiques en termes de coûts énergétiques, nécessitant en particulier le développement de matériaux structuraux légers et performants avec une résistance, une ténacité et une ductilité exceptionnelles. Nous avons d’abord utilisé une approche semi-empirique, combinant calculs théoriques et données expérimentales, comme méthode de conception de ces nouveaux alliages. Basée sur des paramètres électroniques, cette approche permet de contrôler le degré de stabilité de la phase β du titane. Cette métallurgie, appelée métallurgie combinatoire, nous a permis de développer rapidement 3 nouvelles nuances d’alliages, qui sont : le Ti-8.5Cr-1.5Sn, Ti-8.5Cr-1.5Al, et le Ti-10V-4Cr-1Al. Il s’avère que plusieurs mécanismes de déformation sont déclenchés pour accommoder plastiquement le matériau, lors d’une sollicitation mécanique externe. Parmi ces mécanismes, sont présents le maclage {332}⟨113⟩, la martensite sous contrainte, et le glissement des dislocations. Nous avons montré que leur synergie donnée naissance à deux effets, un effet de raffinement microstructural dit « effet Hall & Petch dynamique », et un effet assimilable aux interactions matrice-renforts, appelé « effet Composite ». Nous avons mené ensuite une campagne d’essais balistiques comparative avec d’autres alliages de titane, pour analyser le comportement à l’endommagement, au plus proche d’une potentielle application industrielle. Nous avons montré que les alliages ayant la capacité d’être transformable par déformation sont ceux qui possèdent la ténacité (KIC) et la résilience (KCV) la plus élevée. Enfin, dans une dernière partie, axée sur l’ouverture de cette thématique, nous avons étudié dans un premier temps la transposition de la méthode de conception à un alliage industriel. Puis, dans un deuxième temps, une transposition des effets TRIP/TWIP à des matrices α+β, dont les résultats prometteurs des propriétés mécaniques offrent de nouvelles perspectives. / The work carried out concerns the development and characterization of new high deformation titanium alloys, combining TRIP (Transformation Induced Plasticity) and TWIP (Twinning Induced Plasticity) effects. They are part of the search for more economical technologies in terms of energy costs, requiring in particular the development of lightweight and efficient structural materials with exceptional strength, toughness and ductility. We first used a semi-empirical approach, combining theoretical calculations and experimental data, as a method for designing these new alloys. Based on electronic parameters, this approach makes it possible to control the degree of stability of the β phase of titanium. This metallurgy, called combinatorial metallurgy, allowed us to quickly develop 3 new grades of alloys, which are : Ti-8.5Cr-1.5Sn, Ti-8.5Cr-1.5Al, and Ti-10V-4Cr-1Al. It turns out that several deformation mechanisms are triggered to plastically accommodate the material during an external mechanical stress. Among these mechanisms are the {332}⟨113⟩ twinning, the stress martensite, and the dislocation slip. We have shown that their synergy gives rise to two effects, a microstructural refinement effect called "dynamic Hall & Petch effect", and an effect comparable to the matrix-reinforcement interactions, called the "Composite effect". We then carried out a comparative ballistic test campaign with other titanium alloys, to analyze the behavior to damage, closest to a potential industrial application. We have shown that alloys with the ability to be transformable by deformation are those with the highest toughness (KIC) and resilience (KCV). Finally, in a final part, focusing on the opening of this thematic, we first studied the transposition of the design method to an industrial alloy. Then, a transposition of the TRIP / TWIP effects to α+β matrices, whose promising results of mechanical properties offer new perspectives.Keywords : Titanium alloys, Twinning, Strain-hardening, Deformation microstructure, Martensitic phase transformation.

Les faisceaux d'ions, sont communément utilisés dans le cadre de l'étude des matériaux du nucléaire dans le but de reproduire, dans une certaine mesure, les différentes sources d'irradiations auxquelles sont soumis ces matériaux. L’interaction des ions avec la matière induit la formation de défauts cristallins le long du trajet de ces ions, associée à d'importantes déformations au sein de la zone irradiée. L'un des principaux enjeux de l'industrie électro-nucléaire consiste en l'encapsulation, à long terme, des déchets nucléaires. La zircone yttriée (YSZ) est un des matériaux qui pourrait être utilisé comme matrice inerte pour la transmutation des actinides. Par conséquent, la compréhension du comportement d’YSZ sous différentes conditions d'irradiations est d'une importance capitale.Cette thèse est décomposée en deux parties distinctes. Dans la première partie de ce travail, nous avons utilisé plusieurs techniques avancées de diffraction des rayons X (DRX) dans le but de caractériser les défauts et déformations au sein de la zone irradiée des cristaux étudiés. Les profils de déformations et de défauts ont été modélisés par des fonctions B-splines cubiques et les données DRX ont été simulées en utilisant la théorie dynamique de la diffraction couplée à un algorithme de recuit simulé généralisé. Cette démarche a été appliquée au cas des monocristaux d'YSZ irradiés par des ions Au 2+ dans une large gamme de températures et de fluences. Les résultats ont été comparés avec ceux de la spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford en mode canalisé (RBS/C) obtenus pour les mêmes échantillons.La deuxième partie est consacrée au développement d'un modèle spécifique pour calculer la distribution bidimensionnelle d'intensité diffractée par des monocristaux irradiés de grandes dimensions et présentant des distributions de défauts réalistes. Pour atteindre cet objectif, nous avons mis en œuvre une approche de calcul parallèle haute performance (basée à la fois sur l'utilisation de processeurs multi-cœurs et de processeurs graphiques) afin de réduire les durées de calcul. Cette approche a été utilisée pour modéliser les cartographies X de l'espace réciproque de monocristaux d’YSZ présentant des défauts de structure complexe. / Ion beams are commonly used in the framework of nuclear materials in order to reproduce, in a controlled way, the different sources of irradiation that these materials are submitted to. The interaction of ions with the material induces the formation of crystalline defects along the path of these ions,associated with high strains in the irradiated region. One of the main issues of the electro-nuclearindustry is the encapsulation of the long-term nuclear waste. Yttria stabilized zirconia (YSZ) is one of the materials that can be used as an inert matrix for the transmutation of actinides and therefore,understanding its behaviour under different conditions of irradiation is of utmost importance.This thesis is divided into two distinct parts. In the first part of this work, we have used advanced X-raydiffraction (XRD) techniques in order to characterize the strain and the damage levels within the irradiated region of the crystals. The strain and the damage profiles were modelled using B-splines functions and the XRD data were simulated using the dynamical theory of diffraction combined with a generalized simulated annealing algorithm. This approach was used to study YSZ single crystals irradiated with Au 2+ ions in a wide range of temperatures and fluences. The results were compared with the RBS/C results obtained for same samples.The second part of the thesis is devoted to the development of a specific model for calculating the two-dimensional XRD intensity from irradiated single crystals with realistic dimensions and defectdistributions. In order to achieve this goal, we have implemented high-performance parallel computing (both multi-processing and GPU-based) to accelerate the calculations. The approach was used to successfully model the reciprocal space maps of the YSZ single crystals which exhibit a complex defect structure.

Ce travail présente une étude par diffusion micro-Raman de membranes de graphène suspendu.La spectroscopie Raman est présentée comme un outil rapide et peu invasif pour estimer les contraintes natives dans du graphène suspendu et est utilisée pour en sonder quantitativement la déflexion, induite soit par une différence de pression d’air soit électrostatiquement. Dans des bulles de graphène pressurisées, une analyse minutieuse des intensités et fréquences des principaux modes Raman permet une détermination tout-op que de la topographie de la bulle, du module de Young et des paramètres de Grüneisen du graphène. Une grille électrostatique offre une manière élégante d’introduire à la fois des contraintes et du dopage dans le graphène. Des mesures Raman permettent une détermination précise de la déflection induite par la force électrostatique (jusqu’à l’effondrement irréversible), en très bon accord avec un modèle électromécanique. / This work presents a micro-Raman scattering study of undoped suspended graphene membranes. Raman spectroscopy is introduced as a fast and minimally invasive tool to estimate sample dependent built-in strain in suspended graphene, and is further employed to quantatively probe the membrane deflection, which may be induced either by an air pressure difference or electrostatically. In pressurized graphene blisters, an all-optical determination of the blister topography, the Young’s modulus and the Grüneisen parameters of graphene is achieved by a thorough analysis of the intensity and frequency of the main Raman modes. Electrostatic gating offers an elegant way to simultaneously strain and dope graphene. Raman measurements allow an accurate determination of the electrostatically-induced graphene deflection (up to irreversible collapse), in very good agreement with an electromechanical model.

The global increase of antibiotic resistant bacteria threatens the modern health care and challenges the therapeutic effects of available antibiotics. The b-lactam mecillinam (Mec) is an exception to this due to a stable clinical resistance prevalence resistance of approximately 3%. It is only used to treat uncomplicated urinary tract infections (UTIs), mainly caused by E. coli. Mecillinam resistance (MecR) is easily selected for in laboratory settings and linked to >40 genes, including the mrdA gene encoding the Mec target penicillin-binding protein 2. A majority of the known MecR mutations confer a severe fitness cost. Fitness is important for bacteria to survive in the bladder and clinical isolates have been shown to have high fitness. These isolates contain loss-of-function mutations in the cysB gene, which encode a positive regulator of cysteine biosynthesis. In a previous evolution experiment, fitness cost of cysB and mrdA MecR mutations was compensated and the compensatory mutations were identified. Here the compensatory mutations were reconstructed into wildtype (WT) E. coli strain MG1655, and cysB and mrdA backgrounds to study the impact of the mutations on resistance and fitness, using MIC tests and Bioscreen C assays. Our results show that the mrdA mutants only had partial fitness compensation (significantly lower fitness than WT) for all strains and all strains also increased their MecR. The low fitness is possibly an explanation for the lack of mrdA mutants outside laboratories. Of the clinically relevant cysB mutants the majority lost their resistance when increasing growth rate, some even to levels significantly higher than WT, indicating that DcysB mutations are easier to compensate for. One strain (ydjNmx2) however, had a significantly higher growth rate while remaining clinically MecR.