Monoclonal antibodies (MAbs) have an expanding market for use in diagnostic and therapeutic applications. Industrial production of these biopharmaceuticals is usually achieved based on fed-batch cultures of mammalian cells in bioreactors (Chinese hamster ovary (CHO) and Hybridoma cells), which can express different kinds of recombinant proteins. In order to reach high cell densities in these bioreactors, it is necessary to carry out an optimization of their production processes. Hence, macroscopic model equations must be developed to describe cell growth, nutrient consumption and product generation. These models will be very useful for designing the bioprocess, for developing robust controllers and for optimizing its productivity.<p>This thesis presents a new kinetic model of hybridoma cell metabolism in fed batch culture and typical illustration of a systematic methodology for mathematical modelling, parameter estimation and model-based optimization and state estimation of bioprocesses. <p>In the first part, a macroscopic model that takes into account phenomena of overflow metabolism within glycolysis and glutaminolysis is proposed to simulate hybridoma HB-58 cell cultures. The model of central carbon metabolism is reduced to a set of macroscopic reactions. The macroscopic model describes three metabolism states: respiratory metabolism, overflow metabolism and critical metabolism. The model parameters and confidence intervals are obtained via a nonlinear least squares identification. It is validated with experimental data of fed-batch hybridoma cultures and successfully predicts the dynamics of cell growth and death, substrate consumption (glutamine and glucose) and metabolites production (lactate and ammonia). Based on a sensitivity analysis of the model outputs with respect to the parameters, a model reduction is proposed. <p>In the next step, the effort is directed to the maximization of biomass productivity in fed-batch cultures of hybridoma cells based on the overflow metabolism model. Optimal feeding rate, on the one hand, for a single feed stream containing both glucose and glutamine and, on the other hand, for two separate feed streams of glucose and glutamine are determined using a Nelder-Mead simplex optimization algorithm. Two different objective functions (performance criteria) are considered for optimization; the first criterion to be maximized is the biomass productivity obtained at the end of the fed-batch culture, the second criterion to be minimized is the difference between global substrate consumption and the maximum respiratory capacity.<p>The optimal multi exponential feed rate trajectory improves the biomass productivity by 10% as compared to the optimal single exponential feed rate. Moreover, this result is validated by the one obtained with the analytical approach in which glucose and glutamine are fed to the culture so as to control the hybridoma cells at the critical metabolism state, which allows maximizing the biomass productivity. The robustness analysis of optimal feeding profiles obtained with different optimization strategies is considered, first, with respect to parameter uncertainties and, finally, with respect to model structure errors.<p>Finally, the overflow metabolism model is used to develop an extended Kalman filter for online estimation of glucose and glutamine in hybridoma cell fed-batch cultures based on the considered available measurements (biomasses (on-line), lactate and ammonia (on-line or off-line)). The observability conditions are examined, and the performances are analysed with simulations of hybridoma cell fed-batch cultures. Glutamine estimation sensitivity is enforced by minimizing a cost function combining a usual least-squares criterion with a state estimation sensitivity criterion. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nous considérons deux modèles EDP-EDO couplés: un pour modéliser des goulots d’étranglementmobiles et l’autre pour décrire la distribution du trafic sur une bretelle d’accès. Le premier modèle a étéintroduit pour décrire le mouvement d’un bus, qui roule à une vitesse inférieure à celle des autresvoitures, en réduisant la capacité de la route et générant ainsi un goulot d’étranglement. Une loi deconservation scalaire avec une contrainte mobile sur le flux décrit le trafic et une EDO décrit latrajectoire du bus. Nous présentons un résultat d’existence des solutions du modèle et nous proposonsune méthode numérique “front/capturing" et une méthode basée sur une technique de reconstructiondes ondes de chocs. Dans la deuxième partie, nous introduisons un nouveau modèle macroscopique dejonction pour les bretelles d’autoroute. Nous considérons le modèle de trafic de Lighthill-Whitham-Richards sur une jonction composée d’une voie principale, une bretelle d’accès et une bretelle de sortie,toutes reliées par un nœud. Une loi de conservation scalaire décrit l’évolution de la densité des véhiculessur la voie principale et une EDO décrit l’évolution de la longueur de la file d’attente sur la bretelled’accès. La définition de la solution du problème de Riemann à la jonction est basée sur la résolutiond’un problème d’optimisation linéaire et sur l’utilisation d’un paramètre de priorité. Ensuite, ce modèleest étendu aux réseaux et discrétisé en utilisant un schéma de Godunov qui prend en compte les effetsde la bretelle d’accès. Enfin, nous présentons un modèle d’optimisation de la circulation sur les ronds points. / In this thesis we consider two coupled PDE-ODE models. One to model moving bottlenecks and theother one to describe traffic flow at junctions. First, we consider a strongly coupled PDE-ODE systemthat describes the influence of a slow and large vehicle on road traffic. The model consists of a scalarconservation law accounting for the main traffic evolution, while the trajectory of the slower vehicle isgiven by an ODE depending on the downstream traffic density. The moving constraint is expressed byan inequality on the flux, which models the bottleneck created in the road by the presence of the slowerDépôt de thèse – Donnéescomplémentairesvehicle. We prove the existence of solutions to the Cauchy problem for initial data of bounded variation.Moreover, two numerical schemes are proposed. The first one is a finite volume algorithm that uses alocally nonuniform moving mesh. The second one uses a reconstruction technique to display thebehavior of the vehicle. Next, we consider the Lighthill-Whitham-Richards traffic flow model on ajunction composed by one mainline, an onramp and an offramp, which are connected by a node. Theonramp dynamics is modeled using an ordinary differential equation describing the evolution of thequeue length. The definition of the solution of the Riemann problem at the junction is based on anoptimization problem and the use of a right of way parameter. The numerical approximation is carriedout using a Godunov scheme, modified to take into account the effects of the onramp buffer. Aftersuitable modification, the model is used to solve an optimal control problem on roundabouts. Two costfunctionals are numerically optimized with respect to the right of way parameter.

La congestion des autoroutes est un problème qui apparait de façon récurrente et qui a un large impact économique, environnemental et social. Ce problème peut être résolu en augmentant la capacité des autoroutes ou en diminuant la demande de trafic. Ces solutions sont longues à mettre en oeuvre et sont très coûteuses. Une solution accessible à plus court terme consiste à mettre en oeuvre un système de gestion du trafic. Dans cette optique, plusieurs actions et mesures de contrôle ont été développées pour améliorer l’efficacité des autoroutes. Parmi ces actions, on peut citer le contrôle d’accès et la limitation dynamique de la vitesse. Le contrôle d’accès consiste en une régulation du flux de véhicules désirant entrer sur une autoroute à partir d’une rampe. Nous avons développé la stratégie DFC (Différence de Flux Caractérisée par une densité désirée). Elle vise à maintenir sur la chaussée principale, au niveau de la rampe d’entrée,une densité inférieure à une cible déterminée au préalable à l’aide de simulations. Cette nouvelle stratégie a été comparée aux stratégies existantes telles que ALINEA et PI-ALINEA. La stratégie DFC présente l’intérêt de ne pas générer de phénomènes oscillatoires dans les trajectoires du flux et de ne pas nécessiter de paramètres à régler. La limitation dynamique de la vitesse impose sur plusieurs tronçons de la chaussée principale une limitation de vitesse qui dépend des conditions de circulation. L’objectif est d’éviter la congestion au niveau d’un goulot d’étranglement qui se trouve en aval. Nous avons proposé plusieurs stratégies de limitation dynamique de la vitesse. Elles utilisent toutes le modèle de trafic METANET. Deux des méthodes proposées exploitent le terme d’anticipation du modèle METANET et la troisième est basée sur le flux. Enfin, les différentes stratégies de limitation dynamique de la vitesse ont été utilisées en coordinationavec le contrôle d’accès DFC. La coordination permet d’obtenir des résultats meilleurs qu’un contrôle d’accès utilisé seul ou une limitation dynamique de la vitesse utilisée seule. / The highways congestion is a problem which appears in a recurring way and which has a wide economic, environmental and social impact. This problem can be resolved by increasing the highways capacity or by decreasing the traffic demand. These solutions are long to operate and are very expensive. An accessible solution in the shorter run consists in implementing a traffic management system.In this optics, several actions and control measures were developed to improve the efficiency of highways. Among these actions, we can quote the ramp metering control and the dynamic speed limits.The ramp metering consists of a regulation of the vehicles flow wishing to enter on a highway from an on-ramp. We developed the DFC strategy (Différence de Flux Characterisée par une densité désirée). It aims at maintaining on the main road, at the vicinity of the on-ramp, a density lower than a target beforehand determined by means of simulations. This new strategy was compared with the existing strategies such as ALINEA and PI-ALINEA. The DFC strategy presents the interest not to generate oscillatory phenomena in the trajectories of flow and not to require parameters to be adjusted. The dynamic speed limits imposes on several sections of the main road a speed limit which depends on traffic conditions. The objective is to avoid the congestion at a downstream bottleneck. We proposed several strategies of dynamic speed limits. They use quite the METANET model of traffic. Two of the proposed methods exploit the model METANET anticipation term and the third is based on the flow. Finally, the various strategies of dynamic speed limits were used in coordination with the DFC ramp metering. The coordination allows to obtain the results better than ramp metering used only or dynamic speed limits used only.

This thesis studies the influence of internal nozzle flow characteristics over a large spectrum of experimental conditions and diagnostics. Experiments were carried out for two nozzle geometries---cylindrical and conical single hole nozzles---and three different fuels. Two of the fuels are pure components---n-heptane and n-dodecane---while the third fuel consists of a three-component surrogate to better represent the physical and chemical properties of diesel fuel. Measurements include a complete hydraulic characterization consisting of instantaneous injection rate and spray momentum flux measurements; a high-speed visualization of isothermal liquid spray; a high-speed visualization of the evaporative inert spray, imaging liquid and vapor phases simultaneously and finally, a high-speed visualization of the high temperature reactive spray, imaging vapor phase and OH* chemiluminescence for each injection event. All high-temperature diagnostics were performed in a continuous flow test chamber that allows an accurate control on a wide range of thermodynamic conditions (up to 1000 K and 15 MPa). The experimental findings from this work, and the large database obtained (available for download at: http://www.cmt.upv.es/DD01.aspx), could be used to validate CFD models that could help the community understand the fundamental driving mechanisms behind these observations. / En esta tesis se estudia la influencia del flujo interno sobre un amplio espectro de condiciones y diagnósticos experimentales. Se realizaron experimentos para dos geometrías de tobera---toberas cilíndrica y cónica de un único orificio---y tres combustibles. Dos de los combustibles son puros---n-heptano y n-dodecano--- mientras el tercero es un combustible sustituto que consiste en una mezcla de tres componentes que busca representar mejor las propiedades físicas y químicas del diesel. Las medidas incluyen una caracterización hidráulica completa, compuesta por tasa de inyección y cantidad de movimiento instantáneas; una visualización de alta velocidad del chorro líquido isotermo; una visualización de alta velocidad del chorro inerte evaporativo, con captura simultánea de las fases líquida y vapor y, finalmente, una visualización del chorro reactivo a alta temperatura, con captura de la fase vapor y la quimioluminiscencia del radical OH* para cada evento de inyección. Todos los diagnósticos en condiciones de alta temperatura fueron realizados en una maqueta de alta presión y temperatura de flujo constante que permite controlar con precisión un rango amplio de condiciones termodinámicas (hasta 1000 K y 15 MPa). Los resultados experimentales y la gran base de datos obtenida en este trabajo (disponible en: http://www.cmt.upv.es/DD01.aspx), podrían ser utilizados para validar modelos CFD detallados que podrían ayudar a la comunidad científica a entender mejor los mecanismos fundamentales que producen los resultados observados. / Aquesta tesi estudia la influència del flux intern sobre un gran espectre de condicions i diagnòstics experimentals. Es van realitzar experiments per a dos geometries de tovera---toveres ci¿líndrica i cónica amb un únic orifici---i tres combustibles. Dos dels combustibles són purs---n-heptà i n-dodecà--- mentre el tercer combustible consisteix en una mescla de tres components que formen un combustible substitut que busca representar millor les propietats físiques i químiques del dièsel. Les mesures inclouen una caracterització hidràulica completa, composta per taxa d'injecció i quantitat de moviment instantanis; visualització d'alta velocitat del doll líquid isoterme; visualització d'alta velocitat del doll inert evaporatiu, capturant simultàniament les fases líquid i vapor i, finalment, una visualització del doll reactiu a alta temperatura, capturant la fase vapor i la quimioluminiscència del radical OH per a cada esdeveniment d'injecció. Tots els diagnòstics en condicions d'alta temperatura van ser realitzats en una insta¿lació d'alta pressió i temperatura amb flux constant que permet controlar amb precisió un ampli rang de condicions termodinàmiques (fins a 1000 K i 15 MPa). Els resultats experimentals i la gran base de dades obtinguda en aquest treball (disponible a la web en: http://www.cmt.upv.es/dd01.aspx), podrien ser utilitzats per tal de validar models CFD detallats que podrien ajudar a la comunitat científica a entendre millor els mecanismes fonamentals que produeixen aquestes observacions. / Viera Sotillo, JP. (2017). Experimental study of the effect of nozzle geometry on the performance of direct-injection diesel sprays for three different fuels [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81857 / TESIS

En la exploración de nuevos métodos para el mejoramiento de la eficiencia y rendimiento del motor diésel, es claro que un gran esfuerzo debe estar enfocado en el proceso de inyección de combustible. La eficiencia de la combustión y las emisiones, se ven muy afectadas por el proceso de atomización, y se ha demostrado que incrementos en presiones de inyección conllevan un gran potencial para mejorar el ahorro de combustible, producir mejores mezclas de aire y combustible, y por tanto menor generación de emisiones contaminantes. Últimamente, las presiones de inyección han aumentado de alrededor de 50 MPa en los años 70 hasta 250 MPa en los días actuales. Presiones de inyección muy altas (250-300 MPa) o incluso ultra altas (> 300 MPa) vienen siendo materia de investigación con el fin de ser implementadas de manera comercial en un futuro próximo. La estructura y desarrollo del spray diésel pueden ser caracterizados desde un punto de vista microscópico por medio de la medición del tamaño de gotas del spray y sus velocidades. En condiciones no-evaporativas, técnicas como el PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) vienen siendo utilizadas para la obtención de perfiles de diámetros y velocidades de gota con una alta resolución temporal. Desde el punto de vista macroscópico, existen parámetros específicos que permiten caracterizar a un chorro diésel, estos son: la penetración de vapor y líquida junto con el ángulo de apertura del chorro. La penetración líquida es un indicador claro de la capacidad de evaporación del combustible utilizado, mientras que la penetración de vapor, por su parte, es indicativo del proceso de mezcla y la probabilidad de colisión con las paredes de la cámara de combustión; factores claves a la hora de la generación de emisiones contaminantes. En esta tesis se estudia la influencia de presiones bajas, medias y muy altas presiones inyección, sobre un amplio espectro de condiciones y diagnósticos experimentales, y desde el punto de vista macroscópico y microscópico. Se realizaron experimentos para tres diferentes inyectores, 2 solenoides y un piezo eléctrico, este último con la capacidad de alcanzar presiones de inyección cercanas a 270 MPa. Las medidas incluyen una caracterización hidráulica, compuesta por tasa de inyección; una visualización de alta velocidad del chorro líquido isotermo; una visualización de alta velocidad del chorro inerte evaporativo, con captura simultánea de las fases líquida y vapor; y finalmente, una caracterización microscópica por medio de la obtención de distribución de tamaño de gotas y sus velocidades. Con respecto a los ensayos microscópicos, se desarrolló una metodología para el aislamiento y alineación de sprays con un error de medición muy bajo de 0,22°. Se llevaron a cabo mediciones de velocidad de gotas, cuyos resultados mostraron buen ajuste con perfiles teóricos de velocidad. De igual manera, una correlación para el tamaño de gota SMD se obtuvo mostrando un alto nivel de ajuste y siendo representativa para todo el rango de presiones de inyección estudiados. En el caso de la caracterización macroscópica del chorro isotermo, se han detectado variaciones macroscópicas en el desarrollo del chorro con propiedades de gas, inclusive en condiciones de motor comunes. Para estimar estos efectos y otros que las presiones de inyección muy altas tendrían sobre la estructura del chorro, se incentivó la aparición de ondas de choque controlando la velocidad del sonido del ambiente. Se usaron tres gases ambientales (SF6 N2 y CO2) con diferentes velocidades de sonido, promoviendo de esta manera chorros supersónicos en determinados casos. Al comparar ensayos con mismas densidades y diferentes gases ambientales, se encontró que todas las tendencias cercanas al estado transónico (0.8 <M <1.2) tenían una mayor penetración y menor ángulo de chorro. / En l'exploració de nous mètodes per al millorament de l'eficiència i rendiment del motor dièsel, és clar que un gran esforç s'ha enfocar en el procés d'injecció de combustible. L'eficiència de la combustió i les emissions, es veuen molt afectades pel procés d'atomització, i s'ha demostrat que increments en pressions d'injecció comporten un gran potencial per a millorar l'estalvi de combustible, produir millors mescles d'aire i combustible, i per tant menor generació d'emissions contaminants. Últimament, les pressions d'injecció han augmentat d'al voltant de 50 MPa en els anys 70 fins a 250 MPa en els dies actuals. Pressions d'injecció molt altes (250-300 MPa) o inclús ultra altes (> 300 MPa) vénen sent matèria d'investigació a fi de ser implementades de manera comercial en un futur pròxim. L'estructura i desenrotllament de l'esprai dièsel poden ser caracteritzats des d'un punt de vista microscòpic per mitjà del mesurament de la grandària de gotes de l'esprai i les seues velocitats. En condicions no-evaporatives, tècniques com el PDPA (Phase doppler particle analyzer) vénen sent utilitzades per a l'obtenció de perfils de diàmetres i velocitats de gota amb una alta resolució temporal. Des del punt de vista macroscòpic, hi ha paràmetres específics que permeten caracteritzar a un doll dièsel, estos són: la penetració de vapor i la penetració líquida junt amb l'angle d'obertura del doll. La penetració líquida és un indicador clar de la capacitat d'evaporació del combustible utilitzat, mentres que la penetració de vapor, per la seua banda, és indicatiu del procés de mescla i la probabilitat de col·lisió amb les parets de la cambra de combustió; factors claus a l'hora de la generació d'emissions contaminants. En esta tesi s'estudia la influència de pressions d' injecció baixes, mitges i molt altes, sobre un ampli espectre de condicions i diagnòstics experimentals, i des del punt de vista macroscòpic i microscòpic. Es van realitzar experiments per a tres injectors diferents, 2 solenoides i un piezo elèctric, este últim amb la capacitat d'aconseguir pressions d'injecció pròximes a 270 MPa. Les medides inclouen una caracterització hidràulica, composta per taxa d'injecció; una visualització d'alta velocitat del doll líquid isoterm; una visualització d'alta velocitat del doll inert evaporativo, amb captura simultània de les fases líquida i vapor; i finalment, una caracterització microscòpica per mitjà de l'obtenció de distribució de grandària de gotes i les seues velocitats. Respecte als assajos microscòpics, es va desenrotllar una metodologia per a l'aïllament i alineació d'esprais amb un error de mesurament molt davall de 0,22°. Es van dur a terme mesuraments de velocitat de gotes, els resultats van mostrar bon ajust amb perfils teòrics de velocitat. De la mateixa manera, una correlació per a la grandària de gota SMD es va obtindre mostrant un alt nivell d'ajust i sent representativa per a tot el rang de pressions d'injecció estudiats. En el cas de la caracterització macroscòpica del doll isoterm, s'han detectat variacions macroscòpiques en el desenrotllament del doll amb propietats de gas, inclusivament en condicions de motor comú. Per a estimar estos efectes i altres que altes pressions d'injecció tindrien sobre l'estructura del doll, es va incentivar l'aparició d'ones de xoc controlant la velocitat del so de l'ambient. Es van usar tres gasos ambientals (SF6, N2 i CO2) amb diferents velocitats de so, promovent d'esta manera dolls supersònics en determinats casos. Al comparar assajos amb mateixes densitats i diferents gasos ambientals, es va trobar que totes les tendències pròximes a l'estat transónic (0.8 < M < 1.2) tenien una major penetració i menor angle de doll. Respecte al doll evaporatiu, per a pressions d'injecció molt altes com 270MPa, els efectes dels paràmetres ambientals i d'injecció van romandre iguals respecte a totes les carac / In the exploration of new methods for improving the efficiency and performance of the diesel engine, it is clear that a great effort should be focused on the fuel injection process. The efficiency of combustion and emissions are greatly affected by the atomization process, and it is considered that injection pressures increments have a great potential to improve fuel economy, produce better air and fuel mixtures, and thus low generation of polluting emissions. Lately, injection pressures have increased from around 50 MPa in the 70's to 250 MPa in the current days, even very high injection pressures (250-300 MPa) or ultra high pressures (> 300 MPa) have been the subject of the scientific community in order to be implemented in future injection systems. The structure and development of the diesel spray can be characterized from a microscopic point of view by means of estimation of droplets size and velocities. At non-evaporative conditions, techniques such as PDPA (Phase Doppler Particle Analyzer) are being used to obtain diameters and velocity profiles a with high temporal resolution. From the macroscopic point of view, there are specific parameters that allow characterizing the diesel spray, these are: the liquid and vapor penetration along with the spray angle. The liquid penetration is a clear indicator of the evaporation capacity of the fuel used, whilst the vapor penetration, on the other hand, is an indicative of the mixing process and the probability of collision with the combustion chamber walls; key factors when generating polluting emissions. In this thesis the influence of low and very high injections pressures over the macro and micro characteristics of the diesel spray is studied, over a wide spectrum of conditions and experimental diagnoses. Experiments were carried out for three different injectors, two solenoids and one piezoelectric, the latter with the capacity to reach injection pressures close to 270MPa. The measurements include a hydraulic characterization; a high speed visualization of the liquid spray at isothermal conditions; a high-speed visualization of the evaporative spray, with simultaneous capture of the liquid and vapor phases; and finally, a microscopic characterization. Regarding the microscopic tests, a methodology was developed for the spray isolation and alignment with a very low measurement error of 0.22° Droplets velocity measurements were carried out, the results showed good adjustment with theoretical velocity profiles. Similarly, a correlation for SMD droplet size was obtained showing a high level of adjustment and being representative for the entire range of injection pressures studied. In the case of the macroscopic characterization of the isothermal spray, variations have been detected in the development of the jet with gas properties, even at common engine injection conditions. To estimate these effects and others that very high injection pressures would have on the spray structure, the apparition of shock waves was enhanced by controlling the speed of sound of the environment using three ambient gases with different speed of sound (SF6, N2 and CO2). When comparing tests with same densities and different ambient gases, it was found that all the tendencies near the transonic state (0.8 <M <1.2) had a higher penetration and lower spray angle. With respect to the evaporative jet, for very high injection pressures like 270MPa, the effects of the environmental and injection parameters remained the same with respect to all the macroscopic characteristics. / Giraldo Valderrama, JS. (2018). Macroscopic and microscopic characterization of non-reacting diesel sprays at low and very high injection pressures [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/113643 / TESIS

This Master thesis was created as research for project GA 102/09/1897 Security in car traffic - BAD, which is i.a. considers testing of continuousness of traffic with dynamically updated navigation. Main goal of project is simulator of traffic infrastructure creation. Simulators are two. One of them evaluate trafiic flow on bigger network of roads and crossroads. Second one simulate behaviour of cars during passage of crossroads. In this project is as well parsed theory of traffic activity and mentioned theoretical principles on which are built both simulators.

Les nids d'abeille d’aluminium combinent légèreté et grande capacité d’absorption d'énergie. Ils sont alors de plus en plus utilisés dans les secteurs du transport (automobile, aéronautique …) pour contribuer conjointement à l’allègement structural et à la sécurité. Dans cette thèse, le comportement à l’écrasement des nids d'abeille est étudié en tenant compte de l'effet combiné de l'angle d'orientation dans le plan des cellules, de l’angle de chargement et de la vitesse de sollicitation, que la littérature ne relate pas. Un dispositif de chargement mixte compression/cisaillement est conçu pour mener l’étude expérimentale. L’analyse des résultats porte sur le pic initial d’effort, le plateau d’effort, ainsi que sur les modes de déformation. Les résultats montrent une augmentation de la résistance sous sollicitation dynamique dépendante de l’angle de chargement Ψ. Elle devient moins significative quand l’angle de chargement augmente jusqu’à atteindre un angle critique. Pour Ψ > Ψcritique, les réponses quasi-statiques sont même plus élevées que les réponses dynamiques. Une étude numérique est alors entreprise. Elle permet de comprendre ce phénomène qui est imputé aux mécanismes de déformation locaux des cellules. Les résultats numériques montrent également que l’effet de l’angle d’orientation □ dans le plan est plus prononcé sur la force tangentielle que sur la force normale, que cela influence également les modes d’effondrement et donc la réponse mécanique. Ces simulations numériques, couplées aux résultats expérimentaux, permettent alors de dissocier les composantes normale et tangentielle de la réponse des nids d’abeille et d’identifier les paramètres d'un critère macroscopique de résistance exprimé en fonction de la vitesse d'impact, de l'angle de chargement et de l'angle d'orientation dans le plan. Finalement, dans le but de réduire le coût des simulations numériques, un modèle élément fini (EF) réduit basé sur un critère de périodicité tenant compte de l'angle d'orientation dans le plan est proposé et son domaine de validité est évalué. / Aluminium honeycombs combine lightweight with an efficient energy absorption capability (specific energy). They are widely used as crash energy absorbing and protective structures in a wide range of transport applications (automotive, aircraft …) to reduce energy consumption and greenhouse gas emission. Reducing vehicle mass has however to be done while at least maintaining the same safety levels. In this thesis, the honeycomb behaviour is investigated under mixed shear-compression loadings taking into account the combined effect of the in-plane orientation angle and the impact velocity, which has not been deeply investigated in the literature. Experimental study based on an improvement of a mixed shear-compression loading device is realised. Experimental analysis focuses on the initial peak and average crushing forces as well as the deforming pattern modes. Comparing quasi-static and dynamic results, a dynamic enhancement depending of the loading angle Ψ is observed under mixed shear-compression loading until a critical loading angle (Ψcritical). Beyond, a negative enhancement is observed. Thus, a numerical study is carried out. The negative enhancement phenomenon is attributed to the collapse mechanisms which are affected by the loading angle Ψ. Numerical results also highlight that the in-plane orientation angle has an effect on the collapse mechanisms and consequently on the mechanical response. This effect is more pronounced on the tangential force than the normal force. The combined effect of the in-plane orientation angle and the loading angle is analysed on the three identified deforming pattern modes. Combining numerical and experimental results, the average crushing normal and shear forces are dissociated. Therefore, the parameters of a macroscopic yield criterion for the mixed shear-compression honeycomb behaviour depending of the impact velocity, the loading angle and the in-plane orientation angle are identified. Finally, in order to optimise the cost in CPU-time of the numerical simulation, a reduced FE model based on the periodicity procedure taking into account the in-plane orientation angle is proposed and its validity range is evaluated.

Cette thèse porte sur l’analyse et l’homogénéisation d’équations aux dérivées partielles (EDP) posées sur des réseaux avec des applications en trafic routier. Deux types de travaux ont été réalisés : le premier axe de travail consiste à considérer des modèles microscopiques de trafic routier et d’établir une connexion entre ces modèles et des modèles macroscopiques du genre de ceux introduit par Imbert et Monneau [1]. Une telle connexion va permettre de justifier rigoureusement les modèles macroscopiques du trafic routier. En effet, les modèles microscopiques décrivent la dynamique de chaque véhicule individuellement et sont donc plus faciles à justifier du point de vue modélisation. Par contre, ces modèles ne sont pas utilisables pour décrire le trafic à grande échelle (des villes par exemple). Les modèles macroscopiques font le jeu inverse : ils sont fort pour décrire le trafic à grande échelle mais du point de vue modélisation, ils sont compliqués à mettre en œuvre pour prédire toutes les situations du trafic (par exemple trafic libre ou congestionné). Le passage du microscopique au macroscopique est fait en s’appuyant sur la théorie des solutions de viscosité et en particulier les techniques d’homogénéisation. Le second axe consiste à considérer une équation d’Hamilton-Jacobi avec une jonction qui bouge en temps. Cette équation peut décrire la circulation des voitures sur une route avec la présence d’un véhicule particulier (plus lent que les voitures par exemple). On prouve l’existence et l’unicité (par un principe de comparaison) d’une solution de viscosité pour cette EDP. [1] Cyril Imbert and Régis Monneau. Flux-limited solutions for quasi-convex hamilton-jacobi equations on networks. Annales Scientifiques de l’ENS, 50(2) :357–448, 2013. / This thesis deals with the analysis and homogenization of partial differential equations (PDE) posed on networks with application to traffic. Two types of work are done : the first line of work consists to consider microscopic traffic models in order to establish a connection between these models and macroscopic models like the one introduced by Imbert and Monneau [1]. Such connection allows to justify rigorously the macroscopic models of traffic. In fact, microscopic models describe the dynamic of each vehicle individually and so they are easy to justify from the modelization point of view. On the other hand, these models are complicated to implement in order to describe the traffic at large scales (cities for example). Macroscopic models do the opposite : they are effective for describing the traffic at large scales but from the modelization point of view, they are incapable to predict all traffic situations (for example free or congested flow). The passage from microscopic to macroscopic is done using the viscosity solutions theory and in particular homogenization technics. The second line of work consists to consider a Hamilton-Jacobi equation coupled by a junction condition which moves in time. This equation can describe the circulation of cars on a road with the presence of a particular vehicle (slower than the cars for example). We prove existence and uniqueness (by a comparison principle) of viscosity solution of this PDE. [1] Cyril Imbert and Régis Monneau. Flux-limited solutions for quasi-convex hamilton-jacobi equations on networks. Annales Scientifiques de l’ENS, 50(2) :357–448, 2013.

A new theoretical formalism is developed for the study of the mechanical behaviour of magneto-sensitive elastomers (MSEs) under a uniform external magnetic field. This formalism allows us to combine macroscopic continuum-mechanics and microscopic approaches for complex analysis of MSEs with different shapes and with different particle distributions. It is shown that starting from a model based on an explicit discrete particle distribution one can separate the magnetic field inside the MSE into two contributions: one which depends on the shape of the sample with finite size and the other, which depends on the local spatial particle distribution. The magneto-induced deformation and the change of elastic modulus are found to be either positive or negative, their dependences on the magnetic field being determined by a non-trivial interplay between these two contributions. Mechanical properties are studied for two opposite types of coupling between the particle distribution and the magneto-induced deformation: absence of elastic coupling and presence of strong affine coupling. Predictions of a new formalism are in a qualitative agreement with existing experimental data.

The Macroscopic Fundamental Diagram (MFD) describes the relation of average network flow, density and speed in urban networks. It can be estimated based on empirical or simulation data, or approximated analytically. Two main analytical approximation methods to derive the MFD for arterial roads and urban networks exist at the moment. These are the method of cuts (MoC) and related approaches, as well as the stochastic approximation (SA). This paper systematically evaluates these methods including their most recent advancements for the case of an urban arterial MFD. Both approaches are evaluated based on a traffic data set for a segment of an arterial in the city of Munich, Germany. This data set includes loop detector and signal data for a typical working day. It is found that the deterministic MoC finds a more accurate upper bound for the MFD for the studied case. The estimation error of the stochastic method is about three times higher than the one of the deterministic method. However, the SA outperforms the MoC in approximating the free-flow branch of the MFD. The analysis of the discrepancies between the empirical and the analytical MFDs includes an investigation of the measurement bias and an in-depth sensitivity study of signal control and public transport operation related input parameters. This study is conducted as a Monte-Carlo-Simulation based on a Latin Hypercube sampling. Interestingly, it is found that applying the MoC for a high number of feasible green-to-cycle ratios predicts the empirical MFD well. Overall, it is concluded that the availability of signal data can improve the analytical approximation of the MFD even for a highly inhomogeneous arterial.