Cette thèse porte sur l'étude et le comportement mécanique et vibrationnel du verre de silice. Des méthodes de dynamique moléculaire classique sont appliquées pour modéliser le verre à l'aide d'un potentiel BKS tronqué. La validité du modèle est testée au travers de comparaisonsstructurales et dynamiques avec des expériences de diffusion de rayons X et de neutrons. L'échantillon numérique est sollicité mécaniquement, et sa réponse à la déformation (compression hydrostatique, cisaillement à volume ou à pression cnostante dans les régimes élastiques et au-delà de la limite d'élasticité) est étudiée dans le cadre de la théorie classique de l'élasticité. L'utilisation de la dynamique moléculaire nous a permis de nous orienter vers une approche microscopique via l'étude du déplacement non-affine, qui semble expliquer des comportements macroscopiques encore peu décrits dans la littérature. En particulier, l'origine de l'anomalie du module de compressibilité dans la silice a pu être reliée à un comortement micro-plastique, et la courbe de charge (limite du domaine élastique) a été obtenue. En complément aux chargements mécaniques, des études expérimentales de spectroscopie Raman sous cellule enclume diament ont été réalisées et comparées aux spectres Raman modélisés à partir de configuration de silice chargées mécaniquement. Enfin, nous avons ou discuter de la validité de la description théorique ainsi que ses limites.

Les structures constructives de type Gridshells sont réalisées à partir d'une grille régulière plane que l'on déforme élastiquement, puis que l'on rigidifie dans la position souhaitée. Les Gridshells en matériaux composites ont été développés et étudiés depuis plusieurs années au laboratoire Navier. La thèse propose, à travers un historique des réalisations Navier, un retour d'expérience. Elle identifie également les aspects à mieux maîtriser, d'un point de vue simulation numérique ou d'un point de vue matériau et technologie. La thèse détaille alors des développements numériques nouveaux permettant l'analyse ultime de la structure, prise en compte des ruptures de barres (robustesse), et permettant la prise en compte de la torsion dans des poutres anisotropes, c'est-à-dire à section quelconque. Dans le premier chapitre on traite ainsi du contexte dans lequel s'inscrivent les travaux sur les gridshells. La conception des gridshells au laboratoire Navier y est détaillée. En particulier, la méthode numérique historiquement utilisée, à savoir la méthode de relaxation dynamique, est présentée. Le second chapitre présente les réalisations du laboratoire Navier. Plusieurs prototypes ont été réalisés durant les dix dernières années. Les deux dernières structures, le gridshell de Solidays et la Cathédrale Ephémère de Créteil, ont été conçues et fabriquées pour accueillir du public. Les choix importants de conception et de fabrication de ces gridshells sont détaillés, avec un accent sur les avancées technologiques et sur les retours d'expérience. Le troisième chapitre traite du comportement des gridshells en matériaux composites. La démarche a été d'investiguer le comportement du gridshell pour comprendre les processus d'endommagement des gridshells. On montre que le flambement conditionne la robustesse des gridshells. En effet, les résultats de l'étude montrent que lorsque le gridshell a été bien dimensionné et que les risques de flambement de la structure sont écartés, la structure se comporte de manière robuste, du fait de sa forte redondance. Finalement, le dernier chapitre traite d'un nouveau modèle de poutre permettant de prendre en compte la torsion dans les poutres de section quelconque. Dans les précédents chapitres, il est souligné que la non prise en compte de la torsion peut-être préjudiciable pour diverses raisons, sous-estimation des contraintes, méconnaissance des efforts de jonctions, erreur sur la géométrie. Dans ce chapitre, le modèle de poutre est un modèle à quatre degrés de liberté, à la manière des travaux de Basile Audoly et Ethan Grinspun. La simulation numérique, à nouveau réalisée à l'aide d'un algorithme de relaxation dynamique, permet d'obtenir les configurations d'équilibre de structures fortement réticulées telles que les gridshells. Une des particularités de ce travail est que le modèle de poutre est développé en continu jusqu'à l'obtention des efforts intérieurs. Le modèle est ensuite discrétisé et implémenté de manière à pouvoir être utilisé. Une sous-étape permet d'ajouter des forces et des moments extérieurs. Pour des poutres de section rectangulaire, les résultats du modèle sont comparés à un logiciel élément fini et donnent de bons résultats en termes de précision et de temps de calcul. Finalement la méthode numérique est appliquée à des structures composées de poutres connectées. La transmission des efforts au niveau des connexions est implémentée. L'excentricité des connexions est également modélisée ce qui permet d'obtenir de précieuses informations sur les efforts transitant au sein des connexions. Grâce à ces travaux, il devient possible d'utiliser la richesse de forme que peuvent offrir les poutres élancées présentant deux inerties en flexion différentes / The structures like gridshells are structures made of a plane regular grid which is elastically deformed and then stiffened in the wished configuration. The composite materials gridshells have been developed and studied for several years at Navier laboratory. The thesis offer a feedback, through a history of Navier realisations. It also precise the points to improve, in numerical simulation or about materials or technological aspects. Then, the thesis explains the new numerical developments that make possible the ultimate analysis of the structure, taking account the ruptures of beams (robustness), and that makes possible the consideration of the torsion in anisotropic beams, that is to say beams with any cross-section. In the first chapter the context of the work is presented. This chapter explains how the Navier laboratory designs and builds gridshells. In particular, the numerical method historically used - the dynamic relaxation method - is presented. The second chapter presents the gridshell realisations of the Navier laboratory. Several prototypes have been built during the past ten years. The two last ones, the Solidays gridshell and the Ephemeral Cathedral of Creteil, have been designed to shelter public. The important choices during design and fabrication are detailed with an accent on technological progresses and feedbacks. The third chapter deals with the behaviour of composite materials gridhsells. The approach was to investigate the behaviour of the gridshell to understand the processes of damage. It is shown that buckling is particularly dangerous for the gridshell. The results of the study shows that when the gridshell has been well designed and in particular if buckling is avoided, the gridshell behave in a robust manner, thanks to its redundancy. Finally the last chapter deals with a new beam model, able to take into account torsion, for beams with any section. In the previous chapters it was underlined that the consideration of torsion aspects was lacking and has various consequences – incorrect estimation of stress, ignorance of forces and moments in connections, imprecision in geometry. In this chapter, the model of beams used is a four degrees of freedom model, similar to the ones presented by Basile Audoly and Ethan Grinspun. The numerical simulation, performed once again thanks to a dynamic relaxation algorithm, is able to provide equilibrium configurations of highly reticulated structures as gridshells. One of the particularity of this work is the fact that the model is a continuous model, only discretized for numerical simulations. The external forces and moments can be implemented. For beams with rectangular cross-section, the results of the model are compared to finite element modelling simulations. The results are satisfying in term of accuracy and computational time. Finally the numerical method is applied to structures made of interconnected beams. The connections are modelled and the efforts through them are provided by the model. This provides important information about how to design the connections. Thanks to these work it become possible to use the large possibility of shapes offered by slender beams whose flexural inertias are different

Cette thèse porte sur l'étude et le comportement mécanique et vibrationnel du verre de silice. Des méthodes de dynamique moléculaire classique sont appliquées pour modéliser le verre à l'aide d'un potentiel BKS tronqué. La validité du modèle est testée au travers de comparaisonsstructurales et dynamiques avec des expériences de diffusion de rayons X et de neutrons. L'échantillon numérique est sollicité mécaniquement, et sa réponse à la déformation (compression hydrostatique, cisaillement à volume ou à pression cnostante dans les régimes élastiques et au-delà de la limite d'élasticité) est étudiée dans le cadre de la théorie classique de l'élasticité. L'utilisation de la dynamique moléculaire nous a permis de nous orienter vers une approche microscopique via l'étude du déplacement non-affine, qui semble expliquer des comportements macroscopiques encore peu décrits dans la littérature. En particulier, l'origine de l'anomalie du module de compressibilité dans la silice a pu être reliée à un comortement micro-plastique, et la courbe de charge (limite du domaine élastique) a été obtenue. En complément aux chargements mécaniques, des études expérimentales de spectroscopie Raman sous cellule enclume diament ont été réalisées et comparées aux spectres Raman modélisés à partir de configuration de silice chargées mécaniquement. Enfin, nous avons ou discuter de la validité de la description théorique ainsi que ses limites. / This thesis discusses the mechanical and vibrationnal behaviour of silica glasses. Here, classical molecular dynamics methods are used to model a glass using asmoothed and truncated BKS potential. The model is validated through structural and dynamical comparisons with X-rays and neutrons scattering experiments. The numerical sample in mechanically loaded, and the response to a strain (hydrostatic compression, shear at constant volume or pressure in the elastic domain and beyond) is studied in the frame of the classical theroy of elasticity. The use of classical molecular dynamics gave us a microscopic approach via the non-affine displacement study, to explain some macroscopic behaviour, which is not yet developed much in literature. In particular, we illustrated the origins of the bulk modulus anomaly of silica glasses because of its micro-plastic behaviour. we also obtained the yield surface (boundary between elastic and plastic behaviour) of silica glasses. Moreover, Raman spectroscopy is performed under diamond anvil cell, and the results were compared with the Raman spectra of numerically loaded glasses. At last; we discussed the validity of theoritical description and the limitation.

Les chutes de pierres et de blocs posent des problèmes de gestion du territoire dans les zones montagneuses. Or la caractérisation temporelle du risque de rupture dans les massifs rocheux passe par la description de la cinétique des phénomènes d'altération. Dans le cas des falaises de calcaire en région montagneuse, on peut estimer que le processus prépondérant d'altération est la propagation de la fissuration sous l'effet des cycles de gel-dégel. Ce mécanisme de rupture par le gel a été reproduit en laboratoire sur des éprouvettes entaillées. Les différentes expérimentations ont permis d'établir un modèle de la contrainte générée par le gel. L'allure de la contrainte, le long de la paroi d'une fissure, présente un maximum qui, avec le temps, se propage en profondeur jusqu'à une valeur-limite apparemment intrinsèquement liée au matériau. En fait la contrainte générée est le résultat de l'équilibre entre la pression de confinement induite par la progression du front de glace en profondeur dans la fissure et les pertes d'eau dans le réseau poreux de la roche environnante. Elle est donc fortement dépendante de la géométrie de la fissure et des caractéristiques du réseau poreux de la roche. Le facteur d'intensité de contrainte en fond de fissure correspondant au modèle de contraintes établi a été analytiquement estimé. Il est conforme à la possibilité d'initiation de la rupture selon le principe de la mécanique de la rupture. Des observations microscopiques effectuées au cours des cycles de gel-dégel ont mis en évidence une rupture progressive et hétérogène des calcaires. La propagation des fissures observée a fait l'objet d'une simulation numérique aux résultats encourageants. Cette étude a permis de donner des éléments-clé pouvant servir à l'élaboration d'une méthode de prévision de détachement d'un bloc rocheux soumis à l'alternance de périodes de gel et de dégel.

La multi-perforation est un systeme de refroidissement couramment utilise pour refroidir les parois des chambres de combustion des turbines a gaz aeronautiques. Le principe est de percer dans ces parois des milliers de petites perforations par lesquelles de l'air de refroidissement est injecte a l'interieur de la chambre. Lors de simulations numeriques de chambre de combustion, la resolution de l'ecoulement pres de ces parois multi-perforees est trop couteuse en temps de calcul. C'est pourquoi l'objectif de cette these est de proposer un modele prenant en compte l'effet de la multi-perforation sur l'ecoulement dans la chambre de combustion et a l'exterieur, dans le contournement. En vue de la modelisation, des Simulations des Grandes Echelles ont ete realisees afin d'acquerir une connaissance approfondie de<br />l'ecoulement autour des parois multi-perforees. La configuration d'etude est celle d'une paroi perforee d'extension infinie, representee par une unique perforation dans un domaine periodique incluant les deux cotes de la paroi. Une methode specifique pour generer l'ecoulement a la fois dans la perforation et des deux cotes de la paroi a ete developpee dans le cas isotherme puis adapte au cas anisotherme. Les donnees ainsi generees ont permis d'orienter le travail de modelisation vers les aspects les plus importants de l'ecoulement de multi-perforation. Ce travail de these a abouti a l'ecriture d'un modele adiabatique de multi-perforation maintenant couramment utilise dans l'equipe CFD-Combustion du CERFACS.

N'importe quel liquide peut etre refroidi au-dessous de sa temperature de cristallisation sans se cristalliser en devenant un liquide surfondu. Ces proprietes statiques sont les continuations analytiques de celles d'un liquide ordinaire. Par contre la dynamique montre un ralentissement dramatique qu'on apelle la transition vitreuse: le temps de relaxation croit de picoseconds au voisinage de la transition de cristallisation au temps macroscopique pour les basses temperatures. Comprehension et explication de ce comportement des liquides surfondus a basses temperatures est l'un des problemes ouverts de mecanique statistique hors d'equilibre. Les scenarios divers ont ete proposes pour expliquer ce comportement des liquides surfondus. Dans cette th`ese nous adoptons celui base sur l'analyse des modeles de verres de spins generalises et la Theorie de Couplage de Modes (MCT). Ce scenario reproduit bien le ralentissement initial de la dynamique. Cependant il predit une transition spurieuse vers une phase non-ergodique pour les basses temperatures. C a pose un probleme naturel: comment peut-t-on generaliser le modele afin de reproduire le comportement aux basses temperatures observe et eliminer la transition ? Le but principal de la these etait de construire une telle generalisation. Il est suppose de facon generale que c'est les corrections aux MCT qui modifient la theorie aux basses temperatures. Cependant le defaut principal de MCT est la nature incontrolee de l'approximation qui amene a MCT ce qui fait le calcul des corrections a MCT un probleme quasiment insoluble. Un methode promettant pour contourner cette difficulte est la rederivation de MCT dans le contexte d'une theorie de champs. La revision des essaies precedents a releve leur inconsistance a cause d'une violation de la symetrie par rapport de renversement de temps (TRS) dans les series perturbatives. La solution de ce probleme amene a une rederivation correcte de MCT et donne des series perturbatives respectantes TRS. Cette construction permet de verifier directement la stabilite structurelle de MCT ce qui permet de repondre a une question principale de la theorie: Est ce que la transition est coupee par dans le cadre d'une approximation plus astucieuse ou il y a des raisons plus fondamentales ? Le reponse est que MCT n'est qu'une theorie de champ moyen et, par consequence, les corrections pertrubatives sont irrelevantes. Dans le meme contexte on etudie aussi le mapping des liquides surfondus sur les systemes de reaction-diffusion. Les resultats donnes au-dessus sont valables au-dessus de la transition vitreuse i.e pour les liquides en equilibre. Dans la derniere chapitre on etudie la generalisation de ces resultats aux basses temperatures ou le systeme n'atteint jamais l'equilibre pendant l'observation et le temps relaxation est, effectivement, infini. L'analyse est plus complique dans ce cas car des nouveaux phenomene, comme le vieillissement des proprietes physique, apparaissent.

Depuis 20 ans, l'information quantique a profondément changé notre façon d'appréhender la physique atomique, ainsi que la nature des ressources utiles au calcul. Cette thèse aborde trois aspects relatifs à l'information quantique: - Le phénomène de décohérence -- responsable de la transition quantique-classique -- est décrit quantitativement grâce à l'analyse de l'information mutuelle entre deux systèmes quantiques ; - Une nouvelle classe de codes correcteurs d'erreurs quantiques -- les codes convolutifs -- est introduite en detail et il est montré qu'elle partage les propriétés des codes convolutifs classiques (codage et décodage en ligne, algorithme efficace d'estimation d'erreurs au maximum de vraisemblance, existence de condition nécessaire et suffisante pour l'absence d'erreur catastrophique, etc.) ; - Quelques propositions expérimentales de manipulation d'information quantique sont décrites (porte de Toffoli et clonage universel pour l'électrodynamique quantique en cavité).

Nouvelle méthode de prédiction de la propagation acoustique en MF/HF, la méthode du potentiel d'intensité (IPA) est basée sur un bilan local d'énergie. La discrétisation du volume d'air en éléments finis permet de respecter au mieux la géométrie. Une véritable analogie avec la conduction thermique permet l'utilisation de solveurs existants, dotés d'interfaces graphiques. L'hypothèse d'une "Loi de Fourier" reliant l'énergie et l'intensité, non démontrée dans le cas général, est relaxée. Le champ d'intensité irrotationnelle est calculé, fournissant des informations locales précieuses sur les voies de transfert acoustique dès la phase de conception des produits industriels. Le calcul de la pression est possible en champ libre. La méthode du potentiel d'intensité a été validée sur une maquette d'encapsulage de moteur de camion, par comparaison avec des mesures de fonction de transfert et avec un calcul par éléments frontières. La puissance de la source dans son environnement est mesurée.

Devant le défi grandissant de diminuer la libération dans l'atmosphère des gaz à effet de serre plusieurs solutions ont été envisagées. Une des plus étudiée est le stockage géologique du CO2 par injection dans des aquifères salins profonds. Ces structures géologiques sont présentes dans les bassins sédimentaires et se caractérisent par leur épaisseur (plusieurs centaines de mètres) et leur étendue géographique (l'ensemble du bassin parisien, par exemple, pour la couche du Dogger). Le second interêt de ces structures est que les roches carbonatées qui les composent sont généralement très poreuses (10 à 30% de porosité) et présentent une perméabilité suffisamment élevée pour faciliter l'injection de fluides. Cependant, le comportement et l'évolution à long terme de ces réservoirs, après l'injection de CO2 dans la saumure en place, est incertain. Aussi, la résistance mécanique et les propriétés d'écoulement de ces roches sont étudiées pour réaliser des modèles prédictifs d'évolution, afin de garantir l'intégrité et la pérennité des sites de stockage. Le travail de cette thèse repose sur un protocole d'acidification retardée, développé et utilisé à l'IFPEN, permettant une altération homogène d'échantillons de carbonates. Notre objectif a été de déterminer les effets de ce type d'altération sur le comportement hydromécanique de la roche calcaire de Lavoux. La caractérisation des propriétés d'écoulement de la roche a été combinée à une étude microstructurale. Les paramètres étudiés sont la porosité et la perméabilité avant et après altération. Les résultats d'évolution de la perméabilité ont été analysés en s'appuyant sur une méthode de soustraction d'images de microtomographie RX, qui permet de visualiser la mobilité de particules fines au sein du réseau poreux. Ces dernières sont aussi révélées à postériori dans les effluents par diffraction laser. L'étude microstructurale de la roche après altération a permis la mise en évidence des mécanismes de dissolution et d'altération. Le comportement mécanique de notre roche à différents stades d'altération a été étudié à l'aide d'essais triaxiaux classiques réalisés à différents états de confinement. Ces essais ont montré que l'altération induit une transition du domaine de rupture fragile vers le domaine de rupture ductile. Afin de mieux comprendre ce comportement, nous avons mené des essais mécaniques uniaxiaux avec observation et acquisition d'images numériques " in-situ " : i) sur une presse électromécanique classique équipée de caméras CCD et de microscopie optique, ii) à l'aide d'un dispositif de compression miniaturisé adapté à l'enceinte d'un microscope électronique à balayage. La technique de corrélation d'images numériques a pu être appliquée tout au long du chargement mécanique à différentes échelles, depuis celle de l'échantillon, jusqu'à celle de la microstructure. Les mesures de champs de déformation ainsi réalisées ont permis de mettre en évidence les modes d'endommagement et de rupture selon l'état d'altération. Une cellule triaxiale miniaturisée pour être montée dans l'enceinte du microtomographe a spécialement été développée à l'IFPEN pour cette étude. Cette cellule nous a permis de mener des essais à 5 et 10 MPa de confinement avec observation volumique " in-situ " par tomographie. Nous avons pu identifier pour trois états d'altération, trois types de comportements à la rupture, avec l'observation i) d'une bande de cisaillement en régime de rupture fragile, ii) d'une étroite bande de cisaillement en compaction, iii) d'une large bande de compaction en cisaillement. L'ensemble des résultats obtenus sur les propriétés mécaniques et sur les propriétés d'écoulement (notamment la variation de perméabilité et la présence de fines dans le réseau poreux) tend à montrer que l'altération affecte fortement la microporosité du calcaire, avec des conséquences quant au comportement cisaillant compactant de notre roche.

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la compréhension du comportement en fatigue de matériau composite à matrice organique (CMO) tissés interlock, utilisé dans l'industrie aéronautique pour répondre aux exigences de compétitivité. Ces travaux ont consisté à mettre en place une méthodologie de prévision de la durée de vie en fatigue et des performances résiduelles (rigidité ou résistance après un nombre donné de sollicitations), de pièces technologiques en CMO interlock. Pour cela, un modèle de fatigue a été développé à partir d'observations expérimentales comme une combinaison du modèle statique Onera Damage Model (ODM) avec une loi d'endommagement cumulé. Ensuite, un protocole d'identification a été proposé et appliqué en se concentrant sur le comportement mécanique en traction. Enfin, la méthodologie mise en place pour évaluer la durée de vie en fatigue de matériau composite interlock a été appliquée sur des pièces technologiques. La méthode proposée met en évidence trois conclusions principales. Premièrement, la prise en compte de l'influence des dommages matriciels sur l'évolution des ruptures de torons est indispensable pour estimer les transferts de charge induisant des ruptures prématurées en fatigue. Deuxièmement, une loi de cumul est suffisante pour étendre le modèle statique corrigé à des sollicitations de fatigue. L'expression proposée pour cette loi de fatigue permet de prendre en compte des chargements de fatigue complexes (par exemple, multiaxiaux et/ou multi-niveaux de chargement). Enfin, la combinaison statique/fatigue du modèle proposée rend son identification possible à partir d'essais statiques principalement (courts devant des essais de fatigue).