Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le comportement des assemblages métalliques boulonnés avec platine d'about. La première partie décrit deux séries d'essais sur des assemblages métalliques avec platine d'about boulonnée renforcée ou non par raidisseur. La deuxième partie est consacrée au développement d'un modèle numérique 3D non linéaire validé sur la base des résultats d'essais. Les résultats sont aussi comparés aux formulations analytiques de l'EC3. Le modèle a permis d'analyser l'évolution des champs de contraintes et de la plasticité dans différentes zones de l'assemblage. Il a permis aussi de confirmer les observations expérimentales concernant l'influence du raidisseur de platine sur le mécanisme de transfert des efforts à travers son extrémité. Dans une troisième partie, l'influence de la flexion du boulon sur le comportement des tronçons en té est modélisée. Une étude paramétrique est menée pour évaluer les effets de paramètres tels que la dimension du tronçon, la rigidité de la rondelle, la position du boulon et l'épaisseur de la semelle sur la flexion du boulon soumis à un effort normal de traction.

En réponse à l'augmentation constante du prix du pétrole, le pourcentage des pièces de structure aéronautiques fabriquées en matériaux composites est en nette augmentation. Les procédés de dépose de composite (drapage de bandes et placement de fibres) permettent de fabriquer des pièces multicouches de grandes dimensions en disposant des bandes de composite de carbone pré-imprégné les unes à côté des autres. Ainsi, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire contribuent à l'amélioration de la mise en oeuvre des procédés de fabrication de pièces aéronautiques en matériau composite. L'étude s'est focalisée sur l'augmentation de la productivité des procédés de dépose en considérant les problèmes de planification et de suivi de trajectoires de dépose des machines de dépose. Premièrement, la tâche de planification de trajectoires consiste à optimiser la direction des trajectoires de dépose de façon à minimiser le nombre de découpes de composite. Deuxièmement, la réduction des sollicitations cinématiques de la machine lors du suivi de trajectoires de dépose est basée sur un lissage des axes rotatifs associé à une méthode de résolution de la redondance de la machine-outil. Cette méthode conduit à une diminution du temps de dépose tout en assurant la qualité de la pièce finie. Les méthodes d'optimisation de trajectoires proposées ont été implémenées sur un logiciel de FAO de démonstration dédié aux procédés de dépose et validées sur des pièces industrielles. Ainsi l'ensemble du processus de programmation des machines de dépose a été étudié, de la génération de trajectoire à la simulation des mouvements de la machine

Le parachèvement de pièces métalliques ou composites est une opération aux enjeux économiques importants pour lequel le risque de délocalisation est important. Dans ce contexte, la robotisation est une alternative permettant de conserver une production locale, les robots industriels polyarticulés ayant vu leurs prix diminuer et leurs performances améliorer. Néanmoins leur raideur intrinsèque n'est pas suffisante pour réaliser ces opérations dans les conditions minimales requises par les procédés nécessitant à la fois précision et raideur importantes du robot. Cette thèse vise à développer et valider une méthodologie de maîtrise et d'optimisation de l'exploitation de robots industriels sériels pour le parachèvement de pièces métalliques ou composites. Le premier chapitre présente les enjeux de la robotique de production ainsi que les travaux actuels. Dans le second chapitre, les sources de flexibilité des robots sériels 6-axes sont étudiées afin de développer un modèle élasto-statique adapté à la problématique. Un protocole d'identification des raideurs articulaires, exploitable industriellement, est développé puis mis en œuvre dans le troisième chapitre. Ce modèle élasto-statique est validé expérimentalement au moyen de l'usinage de pièces tests. Dans le quatrième chapitre, le comportement élasto-dynamique du robot est étudié. Enfin, deux méthodes de travail permettant de réaliser des opérations de parachèvement avec un robot industriel sériel, testées expérimentalement, sont présentées dans le dernier chapitre : (i) optimisation du placement de la pièce à usiner et gestion de la redondance cinématique du robot ; (ii) correction de la consigne de trajectoire du robot.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'amélioration des modèles de raideur pour les robots sériels et parallèles possédant des articulations passives. Contrairement aux travaux précédents, la raideur du robot est évaluée en présence de chargement en vérifiant les équations d'équilibre du système. Cette modélisation prend en compte les chargements externes ainsi que les pré-charges internes et des charges distribuées comme les forces dues à la gravité. Il est ainsi possible d'écrire la relation entre la charge et le déplacement de l'effecteur en tout point de l'espace de travail et de la linéariser en prenant en compte les modifications de la matrice jacobienne à cause du chargement. Ceci permet au concepteur de robot d'évaluer les contraintes critiques qui peuvent engendrer un comportement non linéaire de la raideur comme une défaillance soudaine due à une instabilité élastique (flambement) qui n'a jamais été étudiée dans la littérature robotique. Il est supposé que l'élasticité du robot est décrite par un modèle avec des flexibilités localisées, qui se compose d'une chaîne de corps rigides reliés par des ressorts virtuels à 6 degrés de liberté. Chaque ressort caractérise la flexibilité du corps correspondant ou de l'articulation actionnée et tient compte à la fois de leur souplesse translation / rotation et du couplage entre eux. Pour augmenter la précision du modèle, les raideurs des ressorts sont évaluées en utilisant une technique d'identification basée sur une modélisation par éléments finis. Avec cette méthode, il est possible d'obtenir une précision proche de celle des modélisations par éléments finis, mais réduit drastiquement les temps de calcul en éliminant les remaillages répétitifs lorsque l'on change la position de l'effecteur ainsi que la taille des matrices à inverser.

La recherche en conservation justifie et nécessite la mise en commun de compétences différentes et complémentaires. Un protocole innovant intégrant les lasers et les nanogels a été élaboré pour la conservation-restauration d'œuvres peintes sur toile. Cette recherche s'appuie sur l'expertise de chimistes, de physiciens associés aux historiens d'art et aux restaurateurs. Une telle démarche bouleverse à terme les pratiques des restaurateurs et engage la profession dans une nouvelle perspective de modèle industriel. C'est pourquoi, l'apport du LCPI de l'ENSAM fut déterminant pour proposer une méthode d'intégration des technologies innovantes à un métier caractérisé jusqu'alors par une tradition ancestrale de transmission de techniques héritées des pratiques artistiques. Le mémoire s'articule en cinq parties qui abordent les différents aspects de la problématique de recherche. Dans un premier temps, une recherche documentaire fait le constat de l'état du métier de restaurateur de peintures, en décrivant au fil des siècles comment tout d'abord se sont constituées les collections nationales avec une conscience de l'émergence d'un patrimoine collectif. Concomitamment et naturellement des questions de conservation-restauration se sont alors posées, à l'origine même du métier de restaurateur. Dans une seconde partie, la problématique de la thèse est décrite, aboutissement d'une réflexion sur les moyens traditionnels pour dégager les adhésifs de rentoilage. L'hypothèse fut énoncée que les lasers et les nanogels devraient pouvoir remplacer à terme les méthodes mécaniques (scalpel) et chimiques (gels classiques). La troisième partie s'attelle donc à mettre en place le modèle méthodologique, définir un plan d'expériences s'appuyant sur une connaissance des interactions laser-matière et des effets des gels chimiques sur les différents adhésifs testés. La quatrième partie présente alors les résultats des expérimentations et propose une interprétation dont on cherche la validation par diverses méthodes comme l'interférométrie holographique. La cinquième partie est un essai de synthèse de la recherche et propose une méthodologie nouvelle basée sur un modèle scientifique pour parfaire l'élimination des adhésifs des supports-toile. Au sein d'une démarche " métiers ", la méthode intègre les différents paramètres et les différentes contraintes de la pratique des restaurateurs pour concevoir une approche nouvelle en mettant en œuvre des procédés innovants. Une telle recherche doit aboutir à la mise en place d'un protocole contrôlé et reproductible, basé sur une automatisation mettant en œuvre la réalité augmentée. Cette méthodologie soucieuse de l'environnement et du développement durable ne néglige pas l'expérience de l'œil des praticiens

Dans ce travail de thèse, une approche hybride (analytique-numérique) a été développée dans le cas de l'usinage des alliages métalliques. La modélisation thermomécanique de l'écoulement du matériau dans la zone de cisaillement primaire, la longueur de contact outil-copeau ainsi que les dimensions des zones de contact collant et glissant ont été obtenues via une approche analytique. L'approche numérique a été introduite pour résoudre le problème thermique non linéaire dans le copeau à l'aide de la méthode des éléments finis. Les zones de contact collant et glissant à l'interface ont été prises en compte en considérant un champ de vitesses conforme aux observations expérimentales. Il a été montré dans cette étude que la coexistence d'un contact collant-glissant influence considérablement l'état de contraintes et la distribution de la température à l'interface outil-copeau. La nature hybride de l'approche proposée permet d'analyser, avec un faible temps de calcul, l'effet des différents paramètres d'usinage (conditions de coupe, paramètres matériaux, géométrie d'outils, etc.) sur le comportement tribologique dans le contact. Enfin, l'approche hybride développée dans le cadre de cette thèse a permis de mettre en place une loi de frottement physique évolutive mettant en relation le frottement apparent mesuré expérimentalement, le frottement local et le comportement thermomécanique du matériau usiné.

Les usages occupent une place importante dans le discours du concepteur souhaitant mettre au point des produits innovants, sources de valeur pour l'usager. L'examen des pratiques d'analyse des usages montre qu'elles impliquent des décisions préalables, concernant quelles activités analyser pour la conception. Ceci pose problème dans certains projets d'innovation, e.g. visant la valorisation de technologies émergentes, ou intégrant des problématiques d'usage comme la sécurité. Comment anticiper les usages d'un produit n'existant pas encore, dans les phases initiales du processus? Quel statut donner à ces anticipations ? Nous tentons de répondre par le concept d'analyse prospective des usages. A l'aide d'expérimentations simulant des réunions de conception pour anticiper les usages futurs de produits, nous examinons les apports d'outils, issus de la créativité et de la fiabilité industrielle, à la production de scénarii d'usage pour guider le processus de conception innovante.

Ces travaux sont situés sur les domaines de la conception mécanique, l'informatique, et les mathématiques appliqués pour proposer une solution globale de gestion des variations pendant le processus de la conception d'un produit afin de rechercher l'ensemble des solutions robustes. Ils visent plus particulièrement à répondre à la question : "Comment exprimer et intégrer la variabilité admissible des paramètres du produit (espace des solutions), et sur le tolérancement de celles-ci : les variations admissibles (tolérances) simultanément pendant la phase de la conception d'un produit mécanique le plutôt possible ? Pour répondre à cette question, cette thèse presente, une formalisation généralisée pour définir, modéliser et exprimer la problème de la gestion des variations dans le processus de la conception du produit utilisant la philosophie de la conception basée sur les ensembles "Set Based Design" et la logique formelle. Cette formalisation permet la prise en compte simultanée des incertitudes et variations lors de la définition d'un produit. Les travaux aussi développent et expose les outils pour appliquer la formalisation développé au recherche des ensembles des solutions robustes des système mécanique et l'analyse des tolérances des mécanismes hyperstatiques.

Ces travaux portent sur l'intégration du processus de fabrication des poches en CFAO. Le but est de proposer des trajets d'usinage ne perturbant pas le comportement des machines outils UGV et qui minimisent le temps d'usinage. Deux axes fondamentaux sont abordés. Le premier traite de la modélisation du comprtement mécanique de l'outil et cinématique de la machine via le calcul de la loi de vitesse de l'outil en fonction de la géométrie du trajet. Ces modèles permettent d'extraire des règles géométriques de calcul liées à l'évolution de la courbure et de la continuité des trajets. Ensuite, le second axe concrene l'adaptation géométrique des méthodes de calcul à ces règles, pour contrôler l'engagement radial et la vitesse d'avance de l'outil. Enfin, une méthode d'interpolation continue C2 est proposée. Diverses applications permettent de valider les gains apportés et l'applicabilité de l'approche à des pièces industrielles.

La Relaxation Dynamique (RD) est une méthode numérique présentée en 1965 par A.S. Day dans l'ouvrage "The Engineer". Depuis 1983, avec les travaux présentés par P. Underwood, la méthode est de plus en plus utilisée. Depuis ces travaux fondateurs, la méthode de RD a trouvé de nombreuses applications, et plusieurs auteurs ont introduit différentes améliorations de la méthode en cherchant l'optimisation des calculs. Désormais, son utilisation s'est largement étendue aux domaines tels que la dynamique des structures (particulièrement la recherche de forme), la geomécanique ou la biomécanique. Dans le cadre de l'utilisation de la RD les chercheurs ont suivi deux chemins différents pour le choix d'une stratégie d'amortissement des oscillations: certains ont utilisé la RD combinée avec un amortissement visqueux et d'autres ont utilisé la RD combinée avec un amortissement cinétique. Néanmoins, très peu de comparaisons entre ces deux méthodes ont été exposées ayant par but d'aider à choisir l'une ou l'autre pour une application en particulier. Focalisés dans la recherche de forme de structures minces, le principal objectif de cette thèse est d'apporter une contribution au développement des méthodes de RD parallèlement à une revue des méthodes existantes en vue de les comparer. Un premier article scientifique est ainsi détaillé dans ce travail en comparant les différentes méthodes de RD avec les deux types d'amortissement, cinétique et visqueux, pour le cas particulier de la recherche de forme de structures gonflables. Puis un second papier est décrit, où une extension pour la méthode de RD avec amortissement cinétique est proposée. En tant qu'application des méthodes de RD étudiées, une contribution à la modélisation des gilets de sauvetage gonflables est exposée. Le but de cette partie de la thèse est d'introduire quelques contributions à la création d'un outil numérique permettant de tester le fonctionnement d'un gilet de sauvetage gonflable en situation en utilisant la méthode des Eléments Finis. Ce travail comprend la création d'un mannequin paramétré, une caractérisation grossière du textile technique impliqué, des améliorations concernant la simulation numérique du gonflage du gilet en utilisant la méthode de RD, et finalement une première approche à la dynamique de l'eau et la mécanique du contact qui seront présents dans la simulation globale.