Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de capteurs à ondes élastiques de surface pour la télémesure de grandeurs physiques pour les applications biomédicales, et plus particulièrement la mesure de pression artérielle. Ce mémoire présente tout d'abord le développement d'un modèle physique inédit permettant la simulation de dispositifs à ondes élastiques de surface en milieu contraint mécaniquement avec une distribution inhomogène de contrainte. L'ensemble du modèle est détaillé et utilisé afin d'optimiser la géométrie d'un capteur de pression à membrane. L'étude est dédiée aux capteurs sur quartz mais peut être appliquée à tout type de matériaux piézoélectriques. Ce mémoire présente également la réalisation du capteur. L'application en tant que capteur a été validée et comparée avec les résultats obtenus à partir du modèle développé. Les comparaisons théorie/expériences montrent l'efficacité du modèle développé et la pertinence des règles de conception, qui jusqu'à présent, n'avait aucun équivalent. Le modèle développé mis en \oe vre sous forme logicielle permet des études plus poussées dans tout le domaine d'application de capteur à base de dispositifs à ondes élastiques et plus particulièrement pour les mesures de grandeur mécaniques comme illustré tout au long de ce mémoire. Pour conclure le manuscrit, nous montrons l'utilisation du capteur pour la mesure de la pression artérielle par voie externe.

L'objectif de cette thèse est d'étudier le contrôle passif des vibrations avec un absorbeur non linéaire de type Nonlinear Energy Sink (NES) à Vibro-Impact (VI). Plusieurs aspects ont été étudiés : l’influence des paramètres sur les régimes vibratoires observés, l’optimisation du design sous différentes excitations, l'application sur des systèmes vibratoires non linéaires et enfin l'étude de deux NES-VI en parallèle.Tout d'abord, l’influence des paramètres de design sur les régimes vibratoires et les bifurcations est étudiée de façon analytique, numérique et expérimentale. Ainsi différentes bifurcations et des réponses fortement modulées de type chaotique sont présentées.Ensuite, l’efficacité des régimes vibratoires est comparée, le mécanisme ainsi décrit constitue la base de l’optimisation du design de l’absorbeur face à différents types d’excitation.Le mécanisme d’activation du NES-VI est étudié analytiquement puis validé expérimentalement. Un critère d’optimisation du design est proposé, puis appliqué sur différents systèmes au comportement vibratoire non linéaire.Finalement, dans le but d’améliorer l’efficacité et la robustesse, le montage de deux NES-VI en parallèle est étudié expérimentalement. Le principe d’activation séparé est alors observé. / The objective of this thesis is to study the passive control of vibration by a Vibro-Impact (VI) Nonlinear Energy Sink (NES). Several aspects have been developed: the influence of parameters on response regimes, the optimization design mechanism under different excitations, the application to vibration control of nonlinear systems and the study of two VI NES in parallel.Firstly, the influence of parameters on response regimes and bifurcation is analytically, numerically and experimentally studied, respectively. Different bifurcation routes and chaotic strongly modulated response are presented.Then, the efficiency of typical response regimes is compared, and its mechanism lays the foundation for the optimization design of different parameters under different types of excitation.Thirdly, the activation characteristic of VI NES is analytically studied and experimentally validated. An optimization design criterion is proposed for the vibration control of nonlinear system.Finally, the vibration control by two VI NES in parallel is experimentally studied with the purpose of efficiency and robustness improvement. The principle of separate activation of VI NES is observed

Ce travail de recherche a été réalisé au sein du Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes de l’École Centrale de Lyon (FRANCE) en cotutelle avec l’Unité de Mécanique, Modélisation et Productique (U2MP) à l’École Nationale d’Ingénieurs de Sfax (TUNISIE) dans le cadre du projet européen "Mid-Frequency". La prédiction du comportement dynamique des structures est une tâche importante dans la phase de conception de tout produit mécanique. Le choix de l’outil ou de la méthode utilisée dépend de plusieurs facteurs. Pour un système dynamique, la bande de fréquence d’étude est l’un des paramètres essentiels étant donné qu’il existe des approches appropriées pour chaque domaine fréquentiel. Ces derniers seront rapidement inapplicables en changeant le domaine d’application. Par exemple, les méthodes dites hautes fréquences ou globales sont très limitées dans la partie basse du spectre. De même, les méthodes dites basses fréquences deviennent, numériquement, très lourdes et peu performantes si l’on monte en fréquence. Les moyennes fréquences représentent alors les hautes fréquences pour les méthodes globales et les basses fréquences pour les méthodes locales. Comme les incertitudes jouent un rôle important dans les comportements vibratoires en moyennes fréquences, le travail présenté de ce mémoire est une contribution à la recherche d’une approche peu coûteuse en temps de calcul permettant l’extension d’une méthode locale : la méthode des éléments finis ondulatoires, à cette bande de fréquence pour les systèmes à caractère non déterministe. Cette contribution consiste à tenir compte des incertitudes présentes dans le système étudié pour évaluer la dispersion des différents paramètres (spectraux, de diffusion, dynamiques, etc.) et leurs effets sur la réponse globale (cinématique et énergétique) de la structure. Le travail présenté peut être partagé en deux parties. La première concerne le développement des formulations explicites et directes des dispersions des différents paramètres. Cette partie se base sur l’utilisation de la méthode de perturbation à l’ordre un. La deuxième partie est une généralisation de la première. En effet, l’utilisant de la projection des variables aléatoires sur la base des polynômes de chaos permet une évaluation plus générale des effets des incertitudes sur la dynamique des structures périodiques en moyennes fréquences. / The prediction of dynamic behavior of structures is an important task in the design step of any mechanical product. There are many factors affecting the choice of the used methods. For a dynamic system, the frequency band under study is one of the important parameters since for each frequency range exists its appropriate approach which can be quickly inapplicable in other domains. For example, the high frequency methods are very limited in the lower part of the spectrum. Similarly, the so-called low-frequency methods become numerically inefficient if it goes up in frequency range. The mid-frequencies then represent the high-frequencies for global and low frequencies for local methods. Knowing that uncertainties play an important role on the vibro-acoustics behavior in mid-frequencies, the presented work is a contribution to the research approach, with inexpensive computing time, allowing the extension of a local method, called ’the wave finite element method’, in this frequency band. These contributions consist in taking into account uncertainties in the studied system to evaluate the dispersion of all parameters (spectral, diffusion, dynamics, etc.) and their effects on the global response (kinematic and energetic) of the structure. The presented work can be divided into two main parts. The first one involves the development of an explicit and direct formulation describing the dispersion of different parameters; this part is based on the first-order perturbation method. The second part is a generalization of the first one; indeed, using the chaos polynomial projection of all random variables allows a more general assessment of the effects of uncertainties on the dynamics of periodic structure in mid-frequency range.

Les modes de galerie découverts par Lord Rayleigh en 1910 trouvent aujourd'hui des applications en optique intégrée sur silicium. Des cavités aux résonances extrêmes ont pu être intégrées sur silicium sur isolant (SOI) ou sur semi-conducteurs III-V. Ces composants permettent de réaliser des fonctions passives et actives pour la microélectronique, les télécommunications ou l'électrodynamique quantique en cavité. Avec ces nouvelles applications, de nouveaux composants faisant interagir le mode de galerie avec des éléments extérieurs comme un réseau de Bragg ou des guides optiques sont apparus. Les méthodes de modélisation de l'optique intégrée étant peu adaptées pour simuler ces cavités aux géométries particulières, nous avons développé deux modèles pour d´écrire ce type d'interaction. Le premier, basé sur le formalisme de Floquet-Bloch, permet de d'écrire des modes de galerie fortement perturbés par une modification géométrique de la cavité. Le second, basé sur une méthode de perturbation, permet de d´écrire des interactions de faible amplitude avec des objets extérieurs comme des guides optiques. Ces résultats ont été validés par une comparaison avec la méthode des différences finies en domaine temporel. Nos modèles ont ensuite été comparés aux réalisations expérimentales de fonctions passives sur SOI (filtres et démultiplexeurs) fabriquées au CEA-LETI, et de fonctions actives (Phosphure d'Indium et silice dopée Erbium) réalisées au LEOM ou au DRFMC. Nous avons ainsi pu caractériser des composants ayant des facteurs de qualité de 90 000.

Les travaux présentés dans cette thèse s’intéressent au contrôle passif des systèmes soumis à une excitation harmonique à l’aide d’absorbeurs non-linéaires de type Nonlinear Energy Sink (NES). Plusieurs voies de recherches ont été dégagées visant : l’étude expérimentale du pompage énergétique, l’étude d’un type de NES alternatif puis la proposition d’une application pour le contrôle passif de l’instabilité de broutement en usinage.L’étude théorique d’un oscillateur linéaire couplé à un NES à raideur purement cubique permet de mettre en évidence les régimes de relaxation. Une procédure de dimensionnement est développée et appliquée à la réalisation d’un dispositif expérimental.La partie suivante est consacrée à l’étude d’un NES à vibro-impact (NES-VI). L’analyse théorique permet de révéler une stratégie de contrôle analogue aux cycles de relaxation observés dans le cas du NES à raideur cubique. Un dispositif expérimental est ensuite élaboré et permet de retrouver ces cycles de relaxation.La dernière partie est dédiée au contrôle passif de l’instabilité de broutement en tournage. La faisabilité à l’aide d’un NES à raideur cubique et d’un NES-VI est établie par l’étude théorique. Le contrôle passif à l’aide d’un NES-VI est réalisé expérimentalement / The work presented in this thesis deal with the passive control of dynamic systems subjected to an harmonic forcing using a Nonlinear Energy Sink (NES). Several research ways have been identified : the experimental study of an harmonic oscillator with an embedded NES, the study of an alternative type of NES and an application for the passive control of chatter instability during machining operations.The theoretical analysis of an harmonically oscillator with an embedded NES with cubic stiffness coupling allow us to reveal the relaxation cycles. A design procedure is presented and applied to the realization of an experimental setup.The next section is devoted to the study of a vibro-impact NES (VI-NES). The theoretical analysis gives an insight on analog relaxation cycle similar to those observed with a NES with cubic stiffness. An experimental setup is presented and these relaxation cycles are observed.In the last section, the idea of passively controling the chatter instability during turning operation using a NES is studied. This possibility is demonstrated theoretically as well for a classic cubic NES as for a VI-NES. This passive control is performed experimentally and a reduction of the vibration amplitude is observed

La maintenance aéronautique est fortement régulée, notamment à travers l’établissement d’un planning de maintenance obligatoire, permettant de garantir la sureté structurale. La fréquence des arrêts en maintenance est déterminée de manière très conservative en vue d’assurer les exigences de fiabilité. Développer des stratégies de maintenance moins conservatives et plus efficaces peut alors représenter une voie pour une nouvelle croissance des compagnies aériennes. Les systèmes de monitoring embarqué de structures, sont progressivement introduits dans l’industrie aéronautique. Ces développements pourraient alors permettre de nouvelles stratégies de maintenance structurale basées sur la prévision de l’état de santé de chaque élément structural, plutôt que basée sur une maintenance programmée, tel qu’implémentée actuellement. Dans ce cadre général, ce travail se concentre sur le suivi par un système embarqué de la propagation de fissures de fatigue dans les panneaux de fuselage. Une nouvelle méthode de prévision des fissures basée sur des modèles de propagation est développée, qui permet de filtrer le bruit des mesures du système embarqué, identifier la taille actuelle de la fissure et prédire son évolution future et par conséquent la fiabilité des panneaux. Cette approche prédictive est intégrée dans le processus de maintenance structurale aéronautique et deux types de maintenances prédictives sont proposés. L’étude numérique montre que ces stratégies de maintenance prédictive peuvent réduire de manière significative les coûts de maintenance en réduisant le nombre d’arrêts en maintenance et le nombre de réparations inutiles. / Aircraft maintenance represents a major economic cost for the aviation industry. Traditionally, the aircraft maintenance is highly regulated based on fixed schedules (thus called scheduled maintenance) in order to ensure safety. The frequency of scheduled maintenance is designed to be very conservative to maintain a desirable level of reliability. Developing efficient maintenance can be an important way for airlines to allow a new profit growth. With the development of sensor technology, structural health monitoring (SHM) system, which employ a sensor network sealing inside aircraft structures to monitor the damage state, are gradually being introduced in the aviation industry. Once it is possible to monitor the structure damage state automatically and continuously by SHM systems, it enables to plan the maintenance activities according to the actual or predicted health state of the aircraft rather than a fixed schedule. This work focus on the fatigue crack propagation in the fuselage panels. The SHM system is assumed to be employed. A model-based prognostics method is developed, which enables to filter the noise of SHM data to estimate the crack size, and to predict the future health state of the panels. This predictive information is integrated into the maintenance decision-making and two types of predictive maintenance are developed. The numerical study shows that the predictive maintenance significantly reduces the maintenance cost by reducing the number of maintenance stop and the repaired panels.