La conception robuste de pièce mécaniques consiste à prendre en compte dans la modélisation les sources d'incertitudes.Le modèle devient alors assez représentatif de la réalité pour pouvoir diminuer les marges de sécurité, qui permettent de garantir que la pièce en fonctionnement ne sera pas mise en défaut.Dans le cas de pièces aérospatiales, une diminution des marges de sécurité est un enjeu économique majeur car cela entraîne une diminution du poids des pièces.La probabilité de défaillance est une des quantités critiques lors de la conception robuste. Celle-ci quantifie le risque de défaillance de la pièce en comparant la probabilité de résistance du matériau (caractérisée à partir d'essais sur éprouvettes) avec la probabilité de sollicitation du matériau, qui est déterminée à partir des contraintes extérieures à la pièce et des caractéristiques du matériau. C'est ce dernier problème qui a fait l'objet de cette thèse.Dans le cas d'un comportement non linéaire du matériau, la détermination de la probabilité de sollicitation impose d'exécuter de nombreuses fois un calcul de la pièce pour différentes valeurs des conditions aux limites et des paramètres du comportement matériau.Ceci devient rapidement hors de portée sans une stratégie adaptée, un calcul pouvant prendre jusqu'à 12 heures.Une stratégie dédiée à la résolution de l'ensemble de ces calculs est proposée dans ce travail. Elle tire parti de la similarité des calculs pour diminuer le temps total nécessaire. Un gain allant jusqu'à 30 est atteint sur des pièces industrielles simples en quasi-statique avec un comportement élasto-viscoplastique.

Ces travaux de thèse, menés dans le cadre du projet de recherche européen MAAXIMUS (More Affordable Aircraft through eXtended, Integrated and Mature nUmerical Sizing), portent sur la simulation numérique de problèmes d'interaction flambage-délaminage au sein de composites stratifiés. Cette interaction met en jeu des phénomènes non linéaires de natures différentes (flambages local et global de plis, initiation et propagation du délaminage, contact entre plis fissurés) qui entraînent des pertes de rigidité importantes et des instabilités, sur des géométries très élancées du fait de la forte différence d'échelle entre les zones délaminées et le pli élémentaire. En conséquence, la prédiction conduit à traiter des problèmes non linéaires de grande taille dont la résolution est uniquement envisageable par l'utilisation des architectures de calcul parallèle actuelles.Dans ce contexte de résolution parallèle, la stratégie multiéchelle LaTIn (Large Time Increment) de décomposition de domaine mixte présente de nombreux avantages déjà mis en évidence lors de travaux précédents dans le cas du délaminage et du contact en petites perturbations. Le but de cette thèse est donc de proposer une extension de la méthode aux grandes transformations.Une grande partie des travaux a été consacrée à s'affranchir des difficultés inhérentes aux structures élancées. Une étude des paramètres de la méthode dans les cas de la flexion, du flambage, du contact entre grandes surfaces fissurées et du délaminage, a été réalisée pour optimiser le taux de convergence, diminuer les temps de calcul et assurer l'extensibilité de la stratégie.

Les travaux de thèse portent sur l'évaluation et la robustesse des stratégies adaptées pour la simulation de grandes structures avec non-linéarités non équitablement réparties, tels le flambage local, et des non-linéarités globales dans les structures aéronautiques. La stratégie dite de " relocalisation non-linéaire " permet l'introduction de schémas de résolution non-linéaire par sous-structure au sein des méthodes de décomposition de domaine classiques.Dans un premier temps, les performances et la robustesse de la méthode sont présentées sur des exemples de structures représentatives des cas industriels. Dans un second temps, la stratégie est complètement parallélisée et des études de " speed-up " et de " extensibilité " sont menées. Enfin, la méthode est testée sur des structures réalistes et de grandes tailles.

Le travail réalisé lors de cette thèse s'inscrit dans le cadre du calcul haute performance sur architectures hétérogènes. Pour faciliter l'écriture d'applications exploitant ces architectures et permettre la portabilité des performances, l'utilisation de supports exécutifs automatisant la gestion des certaines tâches (gestion de la mémoire distribuée, ordonnancement des noyaux de calcul) est nécessaire. Une approche bas niveau basée sur le standard OpenCL est proposée ainsi qu'une approche de plus haut niveau basée sur la programmation fonctionnelle parallèle, la seconde permettant de pallier certaines difficultés rencontrées avec la première (notamment l'adaptation de la granularité).

L'aménagement forestier durable et la conservation de la biodiversité sont des priorités en matière d'aménagement au Québec. Cette étude visait à évaluer des coupes partielles réalisées dans la zone d'aménagement écosystémique du projet Triade en Haute Mauricie. Nous avons mesuré la richesse spécifique, l'abondance, la composition de carabes (Carabidae : Coleoptera), une famille de coléoptère reconnue pour sa sensibilité aux perturbations dans les habitats forestiers et la masse moyenne de deux espèces de carabe, et ce, dans deux coupes partielles; la coupe progressive d'ensemencement (50 % de rétention) et la coupe multicohorte (60-70 % de rétention) comparativement à des coupes totales et à des témoins de forêts non coupées. Les traitements de coupe en général ont affecté ponctuellement les assemblages de carabes surtout en ce qui a trait à l'abondance et aux patrons de distribution des abondances des espèces dominantes bien que ces effets étaient beaucoup plus prononcés dans les coupes totales. L'abondance des carabes a été réduite significativement par les opérations forestières. La richesse spécifique dans les coupes partielles était similaire à celle de sites non coupés contrairement à celle dans les coupes totales qui était plus élevée. La distribution des abondances des espèces dominantes par rapport à leurs congénères était homogénéisée dans les traitements de coupe, mais dans une moindre mesure dans les coupes partielles. Les patrons de distribution des abondances des espèces dominantes semblaient se reformer la deuxième année de prise de données dans les coupes partielles. L'abondance était plus élevée dans le corridor de passage de la machinerie que dans les autres bandes (coupée partiellement et non coupée) dans les coupes partielles. Afin d'établir si les conditions du milieu ou les ressources présentes dans le milieu sont responsables des changements dans la composition des carabes suite à une coupe forestière, nous avons mesuré la masse corporelle de deux espèces de carabes dominants (Pterostichus pensylvanicus et P. coracinus) qui illustre leur taux d'alimentation et donc, la disponibilité des ressources alimentaires. Le traitement sylvicole n'avait pas d'effets significatifs sur la masse corporelle moyenne pour P. pensylvanicus. Bien que la masse ait été significativement plus élevée dans la coupe totale que dans le témoin pour P. coracinus, cette différence est relativement faible et a peu de chances de compenser pour la perte d'individus survenue dans ce traitement. À la lumière de nos résultats, on peut rejeter l'hypothèse selon laquelle la masse moyenne des individus a une relation positive avec le niveau de rétention des traitements sylvicoles. En somme, bien que les deux coupes partielles étudiées aient des effets similaires à court terme, nous nous attendons à ce que la coupe multicohorte soit un meilleur traitement puisqu'à long terme, elle maintient un niveau de rétention d'arbres élevé sur une plus longue période. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : conservation de la biodiversité, aménagement forestier, coupes partielles, carabidae, masse sèche, coupe par bandes, filtre brut

La conception d'applications scientifiques à base de couplage de code est une tâche complexe car elle demande de concilier une facilité de programmation et une obtention de haute performance. En outre, les ressources matérielles (supercalculateurs, grappes de calcul, grilles) permettant leur exécution forment un ensemble hétérogène en constante évolution. Les modèles à base de composants logiciels forment une piste prometteuse pour gérer ces deux sources de complexité car ils permettent d'exprimer les interactions entre les différents constituants d'une application tout en offrant des possibilités d'abstraction des ressources. Néanmoins, les modèles existants ne permettent pas d'exprimer de manière satisfaisante les applications constituées de motifs répliqués dynamiques et hiérarchiques. Ainsi, cette thèse vise à améliorer l'existant - et en particulier la plate-forme générique de simulation numérique SALOME - pour une classe d'applications très répandue : les applications à base de décomposition de domaine et la variante utilisant le raffinement de maillage adaptatif. Tout d'abord, nous avons proposé d'étendre le modèle de composition spatial et temporel de SALOME en ajoutant la possibilité de définir dynamiquement la cardinalité des composants. Cela demande en particulier de gérer les communications de groupes ainsi induites. La proposition a été implémentée dans SALOME et validée via une application de décomposition de domaine à base de couplage de plusieurs instances de Code_Aster. Ensuite, nous avons étudié la pertinence d'utiliser un modèle de composant supportant des connecteurs natifs (MPI, mémoire partagée, appel de méthode) pour permettre une composition plus fine des interactions entre composants. Les résultats d'expériences montrent que des performances équivalentes aux versions natives sont obtenues tout en permettant de manipuler facilement l'architecture de l'application. Enfin, nous avons étudié les extensions nécessaires aux modèles à composants (abstraction,hiérarchie, dynamicité) pour la conception d'applications de raffinement de maillage adaptatif. Les modèles de composants spatio-temporels les plus avancés permettent ainsi d'exprimer ce type d'application mais les performances sont limitées par leur mise en œuvre centralisée ainsi que par le manque de moyens efficaces pour modifier à la volée des assemblages de composants.

Dans l'infrarouge thermique, des simulateurs de systèmes d'acquisition d'images existent déjà chez les industriels. Leur fonctionnement nécessite la connaissance de nombreux paramètres, dont celle du paysage à observer. Or, ce paysage doit lui-même être simulé. Du fait de la complexité de son comportement, peu de simulateurs de paysages ont été développés. Cette thèse tente de pallier à ce manque, en proposant une méthode de simulation adaptée à l'imagerie à haute résolution spatiale dans l'infrarouge thermique. Un simulateur a été conçu et développé. A l'aide d'une modélisation physique du comportement thermique et spectral du paysage, une classification des contributions des différents phénomènes physiques a pu être établie. Une simulation autorisant un haut degré de détails passe notamment par l'analyse et la prise en compte des phénomènes physiques à petite échelle (conduction, perturbations de l'écoulement du vent, ...) et à trois dimensions (ombrage, réflexions, ...) et implique la modélisation fine de ces phénomènes. L'originalité de la thèse réside dans la création d'une méthode de simulation, basée sur la radiosité, et adaptée à la synthèse d'images dans l'infrarouge thermique. Le paysage est modélisé à l'aide d'entités, les éléments, permettant de prédire précisément le signal provenant du paysage. Ces éléments sont compatibles avec les exigences matérielles informatiques qui imposent des limitations de temps de calcul et de ressources mémoires. Ils résultent de la concaténation des contraintes imposées par la géométrie des objets, par leur constitution (matériaux), et par la prise en compte de l'évolution temporelle des différents phénomènes physiques qui régissent le comportement du paysage. Ces éléments constituent une extension volumique et temporelle des facettes, entités communément utilisées pour la synthèse d'images dans les courtes longueurs d'onde. Des images obtenues en utilisant les éléments et le simulateur développé sont présentées dans la thèse.

L'objectif de ce travail est de développer l'utilisation de la biomasse ligno-cellulosique dans le domaine des matériaux. Ce travail explore trois voies différentes d'utilisation de la ligno-cellulose afin de balayer un large spectre de constituants et de matériaux finaux. La première voie concerne l'incorporation de fibres naturelles dans la fabrication de panneaux utilisant la lignine comme adhésif. Des améliorations dans la fabrication de ces panneaux de fibres ont été apportées, par traitement chimique ou ajout de nouveaux compatibilisants, permettant un renforcement des propriétés mécaniques. La seconde voie a consisté à développer un procédé original de mise en forme sous haute pression testé et mis en place sur du coton dans le but d'obtenir des objets tridimensionnels sans étape de dissolution/régénération de la cellulose. Une fois le protocole défini, les effets des paramètres de mise en forme et de la variété de coton sur la microstructure et les propriétés mécaniques des objets en coton compressé ont été étudiés. Enfin, une troisième voie à consisté à élaborer des matériaux nanocomposites à partir d'hydroxydes double lamellaire modifiés par la lignine (HDL/LS). L'utilisation de cette nanocharge dans l'amidon a montré une capacité de renforcement pour un faible taux de charge. Ce composite amidon-(HDL/LS) a ainsi été utilisé avec une matrice polyéthylène afin d'augmenter la part renouvelable de la matrice sans diminuer significativement ses propriétés mécanique. Ce travail permet d'envisager des développements futurs pour ces différents matériaux développés et offre ainsi de nouvelles possibilités d'utilisation de la biomasse ligno-cellulosique dans l'élaboration de matériaux techniques.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal