La maîtrise du comportement en cas de crash des structures en matériaux composites est une des difficultés qui accompagnent le développement industriel de ces structures. Le composite peut absorber de grandes quantités d'énergie si la structure s'écrase progressivement. Cette thèse vise à améliorer la compréhension des mécanismes de ruine mis en jeu dans ces fronts d’écrasements progressifs. Un montage expérimental innovant a été conçu. Il permet l'écrasement homogène, visualisé en direct, de plaques stratifiées. Une campagne expérimentale a permis d'obtenir une variété intéressante de mode de ruine. L'initiation, la stabilisation et les mécanismes d’absorption d'énergie dans les fronts d'écrasement sont analysés. Les relations entre chaque mode de ruine et l'influence des paramètres matériaux et expérimentaux sont expliquées. Une classification synthétique des modes de ruine est exposée. La modélisation numérique d’un front à l’échelle mésoscopique est proposée. Certains modes de ruine sont reproduits avec précision. Les mécanismes de ruine sont clairement identifiables et la contribution de chacun à l’absorption d’énergie est quantifiée. A key challenge for the industrial development of composite structures is to enhance its crashworthiness. Composites materials are known to absorb energy if they are crushed progressively. The aim of this thesis is to improve threw experimental and numerical study the understanding of the progressive crush mechanisms. An innovative crash test fixture has been designed in order to obtain real–time visualized homogeneous crush front on laminated plane specimens. An interesting variety of crush modes have been obtained by the experiments. Initiation, stability and energy absorption of the crush mechanisms are analysed. Connection between crush mode and influence of the material properties and experimental parameters are explained. A global classification of the crush mode is proposed. A finite element model of the crush front at mesoscopic scale is also developed. Some crush modes are simulated precisely. Crush mechanisms and their energy absorption contributions are clearly established.

L’objectif de cette étude a été de déterminer l'effet du verrouillage des vis sur la cicatrisation osseuse et sur la stabilité de l’ostéosynthèse effectuée par plaque LCP® équipée soit de vis verrouillées soit de vis corticales standard. Pour cela, des tibias ovins, présentant une perte de substance de 5 mm, qui constitue un modèle de fracture comminutive, ont été utilisés. Les propriétés biomécaniques des tibias ex vivo (flexion, torsion et compression) ainsi que les propriétés radiographiques, biomécaniques, histologiques et histomorphométriques des tibias ovins in vivo au cours de la cicatrisation osseuse, ont été comparées entre les 2 groupes de vis. Les différentes observations ont permis de conclure à un effet positif des vis verrouillées sur la vitesse et la qualité de la cicatrisation osseuse, par rapport aux vis standard. Il pourrait être lié à un environnement biomécanique et biologique plus favorable pour les montages verrouillés que pour les montages conventionnels.

An optimization process with a cheap and abundant substrate is considered one of the factors affecting the price of commercial 2,3-Butanediol (2,3-BD) production. The optimized levels of pH, aeration rate, agitation speed, and substrate concentration (maltodextrin)were optimized by a conventional method and Response Surface Methodology (RSM) with Box-Behnken design in which metabolically engineered Klebsiell oxytoca KMS005 utilized maltodextrin to produce 2,3-BD. Results revealed that pH, aeration rate, agitation speed,and maltodextrin concentration at levels of 6.0, 0.8 vvm, 400 rpm, and 150 g/L, respectively, were the optimal conditions. RSM indicated that the agitation speed was the most influential parameter when either agitation and aeration interaction or agitation and substrate concentrationinteraction played important roles for 2,3-BD production. Under interim fedbatch fermentation, 2,3-BD concentration, yield, and productivitywere obtained at 88.1±0.2 g/L, 0.412±0.001 g/g sugar supplied, and 1.13±0.01 g/L/h, respectively, within 78 h. The influence of micro-aerobicconditions on microbial growth and 2,3-BD production was also studied. In batch bioreactors, air flow rate and agitation rate characterized through kLa measurement were tested. The optimal amount of oxygen supply was evaluated at 9.5 g corresponding to a kLa of 25.2 h-1 for cell growth and 2,3-BD production. Then, a fed-batch process was investigated by different glucose feeding rate strategies. Fedbatch with a glucose feeding rate of 2 g/h starting at the end of the growth phase during 48 h, followed by a final batch phase of 40 h was found satisfactory. It resulted in a final 2,3- BD concentration of 74.7 g/L with a productivity of 0.64 g/L/h but few byproducts formed (about 3 g/L including succinate, acetate and ethanol). Validated information in the 2 L bioreactor was further applied in a larger scale production of 2,3-BD with series of bioreactors from 10, 90 and 300 L vessels. Batch experiments were conducted based on various agitation speeds with the fixedaeration rate at 0.8 vvm. As a result, 2,3-BD concentration, and yield were achieved at 53.8 g/L, and 0.40 g/g sugar supplied within 48 h, respectively, under the constant tip speed at 295 rpm using a 10 L vessel. Its concentration of 52.53 g/L and yield of 0.43 g/g sugar consumedwithin 72 h were attained under the condition of the constant tip speed at 130 rpm using a 90 L fermenter. An appropriate seed inoculum condition was found with an optical cell density (OD550) around 4 at the log phase (12 h incubation) prior to transferring of the inoculum into the 90 L fermenter. Under the constant tip speed at 70 rpm, 2,3-BD concentration and yield were obtained at 45.02 g/L and 0.43 g/g sugar consumed in the pilot scale of 300 L bioreactor after 72 h incubation.

De par leur ratio résistance/poids très avantageux, les matériaux composites trouvent de plus en plus d’applications notamment, dans le domaine aéronautique. Or la sensibilité des multicouches aux délaminages limite leur usage principalement à des parties non structurelles. Pour éviter ce problème et étendre le domaine d’application des matériaux composites, les tissés interlock ont été développés ; leur tissage « dans l’épaisseur » donne à ces matériaux une meilleure tolérance aux dommages et leur ouvre des applications telles que les aubes de soufflantes de ré-acteurs d’avions. De plus, le procédé R.T.M. utilisé dans ce cas permet de produire à moindre coût des pièces de géométrie complexe. Dans ce contexte, il est capital de bien connaître les propriétés des pièces finies, que ce soit du point de vue du comportement dynamique ou de la tenue à l’impact. La simulation du formage des renforts 3D présente donc un intérêt majeur connaissant l’influence des directions de mèches sur le propriétés de la pièce finie. Dans ce travail de recherche, nous introduisons un élément fini Lagrangien, semi discret permettant de simuler la mise en forme de préformes interlocks. Deux modèles sont considérés pour prendre en compte l’intégralité du comportement ; la tension dans les mèches est modélisée de manière discrète alors que les autres contributions le sont par un modèle continu. L’autre volet de ce travail est consacré à la caractérisation expérimentale de ces matériaux en traction, compression et cisaillement. Puis à l’identification du modèle. L’élément, implémenté et validé dans un code de calcul en dynamique explicite développé au laboratoire, permet alors des simulations de mise en forme validées par l’expérience.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à déterminer les régions possibles de croissance Aspergillus Ochraceus (O.A.) lors du séchage du café. Il est admis que ce champignon qui produit une toxine (Ochratoxine A), se développe pour une activité de l'eau supérieure à 0,8. La structure interne du grain de café est étudiée par microscopie, stéréoscopie et RMN. Ces observations mettent en évidence une grande hétérogénéité de structure à l'échelle du grain et à l'échelle cellulaire. Les isothermes de désorption pour cinq parties du grain sont établies. Mis à part la parche qui présente une structure ligneuse, il n'a pas été mis en évidence de différences notables des isothermes dans les autres parties du grain. L'étude des transferts d'eau est focalisée à la surface du grain, site privilégié de la croissance d'O.A. où trois structures présentent une résistance au transfert d'eau : l'endosperme, la couche argentée, la parche. Dans l'endosperme, le transport est décrit par une loi de diffusion. Pour des teneurs en eau supérieures à 65%, un coefficient de diffusion constant décrit bien la cinétique d'un grain entier. Au dessous de cette teneur en eau, le coefficient de diffusion décroit avec la teneur en eau. Ceci est dû, d'une part, à la réduction de l'espace poral occupé par l'eau et, d'autre part, à l'augmentation de la liaison entre l'eau et le squelette solide lorsque la teneur en eau diminue. Les essais de diffusion avec et sans la couche argentée montrent que la contribution de cette dernière est de l'ordre de 10%. Le flux d'eau dans la parche est supposé proportionnel à la différence d'activité de part et d'autre de celle-ci. Une technique expérimentale originale est proposée pour mesurer la résistance au transfert d'eau de la parche. Les résultats expérimentaux sont utilisés dans un modèle simple décrivant la cinétique et le profil d'activité de l'eau à la surface du grain. En fonction des conditions de séchage imposées, il devrait permettre de juger si l'environnement à la surface du grain est favorable ou non à la contamination du café.

L'objectif principal de cette étude consiste à réduire les temps de calcul des simulations de procédés de mise en forme continus sous le logiciel Forge3®. Ces procédés, tel que le laminage et le tréfilage, sont caractérisés par des pièces dont la longueur est très importante en comparaison des dimensions de la section ainsi que de la zone de contact. Une approche incrémentale générale implique des temps de calcul conséquents allant de quelques heures à plusieurs jours. En se concentrant sur le régime quasi permanant de ces procédés, une formulation stationnaire est développée pour accélérer leur simulation. Le domaine de calcul correspond initialement à une estimation de la forme de l'écoulement solution au voisinage des outils. Une étape de correction du domaine est ajoutée en plus du calcul stationnaire de l'écoulement. Comme les conditions aux limites sont modifiées, ces deux étapes sont répétées jusqu'à convergence.L'étude s'est concentrée principalement sur l'étape de correction du domaine correspondant à la résolution d'un problème de surface libre par la méthode des éléments finis. Le caractère purement convectif du problème ainsi que la prise en compte du contact nécessite l'utilisation de formulations faibles faisant apparaître un décalage amont (SUPG). Deux nouvelles formulations basées sur la méthode des moindres carrés sont développées avec succès (MC_supg et MC_lc). Pour appliquer la méthode à des géométries complexes, différentes méthodes de généralisations sont développées où un 2ème degré de liberté est ajouté aux nœuds de surface. La méthode la plus performante (CSL_dif) consiste à utiliser ce 2ème degré de liberté pour le calcul de surface libre uniquement sur les nœuds appartenant à une arête géométrique, pour les autres une régularisation du maillage dans la direction tangente y est effectuée. Des résultats excellents ont été observés sur un grand nombre de cas tests analytiques. Le contact est appliqué par une méthode de pénalisation aux nœuds. Afin de renforcer le couplage entre cette étape et celle du calcul de l'écoulement, un contact bilatéral glissant est attribué aux nœuds en compression alors que pour les autres nœuds un contact unilatéral est employé. Un algorithme spécifique est développé pour déterminer avec précision la zone de contact.Cette formulation itérative pour la recherche de l'état stationnaire a été appliquée avec succès sur un grand nombre de cas tests de mise en forme. Des accélérations comprises entre 10 et 60 ont été obtenues par rapport à Forge3®.

Le formage superplastique (SuperPlastic Forming, SPF) permet d'élaborer des pièces de forme complexe qui, de par les matériaux employés, allient faible densité et haute résistance mécanique. Toutefois, sa mise en œuvre nécessite la connaissance de la loi de pression à appliquer afin de contrôler l'endommagement tout comme la répartition d'épaisseur au sein de la pièce. Il est ainsi nécessaire de mettre en place des simulations numériques pour déterminer les conditions optimales du formage. L'exactitude des prédictions obtenues repose alors sur la description du comportement et de l'endommagement du matériau soumis à des conditions thermomécaniques représentatives du procédé considéré. Le présent travail propose donc une modélisation du comportement et de l'endommagement de l'alliage d'aluminium 7475 via une étude comparative de divers modèles. Les travaux peuvent ainsi être divisés en trois grandes étapes : (i) la caractérisation du comportement de l'alliage ; (ii) la caractérisation de l'endommagement de l'alliage et (iii) la mise en place de simulations numériques pour des formes types. Des essais de traction uniaxiale à chaud ont été réalisés afin de caractériser le comportement de l'alliage 7475. Une modélisation de ce-dernier par trois modèles (Norton-Hoff, Johnson-Cook et Zener-Hollomon) est proposée. Les résultats obtenus montrent que le modèle de Zener-Hollomon conduit à la meilleure description du comportement rhéologique de l'alliage dans les conditions thermomécaniques étudiées. Par la suite, l'endommagement de l'alliage 7475 dans des conditions représentatives du formage superplastique a été étudié. Un critère de type Gurson est proposé. Des observations par micro-tomographie aux rayons X ont d'ailleurs permis d'étudier plus précisément l'évolution de l'endommagement au cours de la déformation. À partir de ces résultats, des simulations numériques par éléments finis (sous ABAQUS) ont été mises en place.

Nous présenterons, dans une première partie, le fonctionnement d'une pile à combustible PCFC en nous attardant sur le phénomène de conduction protonique dans les matériaux céramiques. Dans un deuxième temps, nous présenterons les expériences qui nous ont permis de caractériser qualitativement le phénomène de courbure et nous formulerons des hypothèses pour en expliquer l'origine. Nous présenterons ensuite le modèle mécanique développé et implémenté dans le code de calcul "éléments finis" du centre (ZéBuLoN) pour simuler le frittage. Dans une dernière partie nous présenterons une série de simulations numériques qui valideront nos hypothèses. Ce travail permet de mieux comprendre les phénomènes qui entrent en jeu dans le cycle de frittage des membranes et contribue donc à l'amélioration du procédé industriel.

En microélectronique, certains dispositifs (MEMS) nécessitent une couche de protection appelée encapsulation pour assurer un fonctionnement optimal. Ce procédé met en jeu une couche structurée de polymère BCB (benzocyclobutène). Celle-ci est en contact avec unsubstrat de silicium d'un côté et une couche de nickel de l'autre. Une compréhension du comportement de ces interfaces et primordiale. L'objectif de cette thèse est la caractérisation de l'énergie d'adhérence des interfaces discontinues Ni/BCB et BCB/Si. Deux essaismécaniques (test de flexion 4-points et insertion de lame) ont été mis en œuvre. Les modèles analytiques mis au point dans le cas d'une interface continue ont servi à l'exploitation de ces essais mais ont aussi montré leur limite. La structuration de l'interface induit des effets géométriques et des effets d'échelle qui ne sont pas bien pris en compte par les modèles classiques. Pour pallier à cette difficulté, un modèle analytique modifié est proposé pour le test d'insertion de lame, ainsi que des calculs de simulation numérique. Ils mettent en avant l'influence des paramètres de la structuration : taille des motifs, espacement.

Le contrôle génétique et l'environnemental de l'angle des microfibrilles (MFA), les corrélations génétiques du MFA avec d'autres caractères du bois et de croissance, et par conséquent les implications pour la sélection sont très peu documentés pour les Eucalyptus. Les objectifs de cette étude étaient d'établir la variation spatiale du MFA, de la densité du bois (ρ) et de sa rigidité (E); de déterminer les relations entre MFA et propriétés du bois et enfin d'estimer le contrôle génétique et environnemental des caractères du bois et de la croissance dans le cadre de tests clonaux et de test de descendances d'Eucalyptus au Brésil et au Congo. Méthodes classiques, résonance, diffraction des rayons-X et la spectroscopie proche infrarouge ont été combinées pour évaluer les propriétés du bois. La variation du MFA représente 44% de la variation du module spécifique (E/ρ) du bois. La densité du bois est le principal déterminant de la rigidité et de la résistance du bois alors que le MFA joue un rôle secondaire. Les estimations de l'héritabilité sont de modéré à élevées pour le MFA, ρ, E, la lignine de Klason (KL) et les caractères de croissance, selon la position spatiale et le dispositif expérimental. Le contrôle génétique du MFA, ρ et E et leurs corrélations génétiques avec KL et la circonférence à 1.3 mètre des arbres varient avec l'âge. Les résultats suggèrent que les arbres à forte croissance sont génétiquement plus aptes à produire du bois de faible densité et un MFA plus faible pour assurer la rigidité du bois nécessaire à leur développement. La plupart des propriétés du bois sont génétiquement corrélées négativement avec la croissance, bien que corrélations génétiques favorables entre propriétés du bois sont observés. Les corrélations génétiques et environnementales sont parfois de signes opposés selon les caractères considérés. Ceci peut s'expliquer par l'effet pléiotropique des gènes et/ou par le déséquilibre de liaison. Les conséquences de ces résultats sur les stratégies de sélection sont discutées selon l'usage final du bois d'Eucalyptus.