Cette thèse a pour cadre général l'étude du comportement des ouvrages de génie civil, sous le double aspect, de la loi de comportement non-linéaire des sols et des roches, et de la résolution des problèmes du creusement des tunnels par la méthode de calcul aux éléments finis. Deux catégories de lois de comportement non-linéaires ont été plus particulièrement considérées : modèles hyperboliques (modèle de Duncan et Chang, 1970 ; modèle modifié de Hardin et Drnevich, 1972) et modèles élastoplastiques avec écrouissage (modèle Cam-Clay modifié, 1968) ; dans le dernier, différentes variantes ont été proposées pour tenir compte de la non-linéarité de la partie élastique, trois variantes de type hyperélastique, considérés à partir d'une fonction énergie complémentaire et obéissent aux principes de la thermodynamique Ces modèles ont été appliqués à la simulation du creusement d'une galerie à section circulaire en milieu homogène. Les variantes élastiques non-linéaires du modèle Cam-Clay modifié donnent, dans le cas de contraintes initiales anisotropes, en piédroit des zones en compression et en clé des zones en extension à l'intérieur du massif. L'étude des chemins de contrainte à proximité de la galerie met en évidence l'influence de l'état des contraintes initiales sur les mécanismes différents de rupture induits par le déconfinement. Les modèles retenus ont également été appliqués à la construction du tube Sud du tunnel de Las Planas, creusé dans des marnes. Le comportement de la marne de Las Planas a été étudié à partir d'essais triaxiaux réalisés sous fortes contraintes (essais isotropes et de cisaillement). Les variantes élastiques non-linéaires de type hyperélastique du modèle Cam- Clay modifié et le modèle de Duncan et Chang (1970) conduisent aux résultats les plus satisfaisants pour la plupart des essais de cisaillement. En revanche, la variante élastique linéaire du modèle Cam-Clay modifié surestime systématiquement les déformations volumiques. La modélisation de creusement du tunnel Sud de Las Planas à l'aide des variantes hyperélastiques du modèle Cam-Clay modifié conduit également à des simulations plus représentatives des mesures expérimentales que les autres modèles. Les modèles hyperboliques tendent à surestimer les déplacements induits, par le creusement, dans le massif encaissant.

Le Formage Incrémental (FI) est un procédé émergent de mise en forme de tôles. Par opposition aux procédés classiques mettant généralement en jeu des outillages complexes et des équipements onéreux, celui-ci met en œuvre un poinçon de faible taille par rapport aux dimensions de la pièce, dont le pilotage de la trajectoire permet de générer la forme désirée. Le principal frein au développement de cette technologie réside dans la difficulté d'obtention de géométries précises. L'objectif de cette étude est donc d'apporter une meilleure compréhension du procédé, par une double approche expérimentale originale qui vise à mettre en relation la mise en forme de la pièce par FI avec la réponse microstructurale du matériau, ici un titane pur T40. L'approche mécanique et cinématique du procédé est basée, d'une part sur la mesure des champs cinématiques par corrélation d'images numériques à la surface des pièces, et d'autre part sur la mesure des différentes composantes de l'effort de formage tout au long du processus. Les états globaux de déformations rencontrés sur la pièce formée ainsi que les déformations locales induites par le passage du poinçon ont ainsi été mis en évidence. Par ailleurs, les effets de plusieurs paramètres de formage sur la réponse du matériau en termes de développement des déformations et d'efforts de formage ont étés mis en lumière. L'analyse microstructurale des tôles formées a été effectuée à l'aide des techniques de microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (MET), ainsi que la diffraction de rayons X (DRX). La caractérisation des microstructures par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) a mis en évidence l'apparition du maclage dans l'accommodation de la déformation générée par le procédé, les systèmes de maclages activés et leur occurrence dépendant de l'orientation de la sollicitation et du niveau de déformation. L'observation des arrangements de dislocations au MET a, quant à elle, permis de révéler une autre signature microstructurale des sollicitations de FI sur le T40.

This thesis suggests the use of tools from the disciplines of Computational Linguistics and Knowledge Representation with the idea that such tools would enable the partial automation of two processes of Conceptual Design: the analysis of Requirements and the synthesis of concepts of solution. The viewpoint on Conceptual Design developed in this research is based on the systematic methodologies developed in the literature. The evolution of these methodologies provided precise description of the tasks to be achieved by the designing team in order to achieve successful design. Therefore, the argument of this thesis is that it is possible to create computer models of some of these tasks in order to partially automate the refinement of the design problem and the exploration of the design space. In Requirements Engineering, the definition of requirements consists in identifying the needs of various stakeholders and formalizing it into design speciႡcations. During this task, designers face the problem of having to deal with individuals from different expertise, expressing their needs with different levels of clarity. This research tackles this issue with requirements expressed in natural language (in this case in English). The analysis of needs is realised from different linguistic levels: lexical, syntactic and semantic. The lexical level deals with the meaning of words of a language. Syntactic analysis provides the construction of the sentence in language, i.e. the grammar of a language. The semantic level aims at Ⴁnding about the specific meaning of words in the context of a sentence. This research makes extensive use of a semantic atlas based on the concept of clique from graph theory. Such concept enables the computation of distances between a word and its synonyms. Additionally, a methodology and a metric of similarity was defined for clarifying requirements at syntactic, lexical and semantic levels. This methodology integrates tools from research collaborators. In the synthesis process, a Knowledge Representation of the necessary concepts for enabling computers to create concepts of solution was developed. Such, concepts are: function, input/output Ⴂow, generic organs, behaviour, components. The semantic atlas is also used at that stage to enable a mapping between functions and their solutions. It works as the interface between the concepts of this Knowledge Representation.

Les moteurs à plusieurs degrés de liberté angulaire sont des systèmes utilisés dans de nombreuses applications avec par exemple la réalisation d'articulation de robots, de roues omnidirectionnelles ou la stabilisation de composants optiques. La méthode classiquement utilisée pour réaliser ce type de plateformes limite cependant la capacité de ces systèmes à être miniaturisés. Une solution facilitant la réalisation de systèmes compacts à plusieurs degrés de liberté angulaire est l'utilisation d'un unique rotor sphérique. Nous proposons dans ce travail, un actionneur ultrasonique piézoélectrique adapté à la fabrication de moteurs sphériques compacts. L'innovation de l'actionneur développé tient dans l'adaptation de sa surface de contact au rotor, ce qui permet d'obtenir une surface étendue de contact et un guidage total du rotor sphérique. L'état de l'art des différents systèmes d'actionnement sphérique à un seul rotor est proposé ainsi que l'ensemble des considérations théoriques utiles à la modélisation et la réalisation de moteurs ultrasoniques. Un modèle complet pour la conception d'actionneurs ultrasoniques est proposé, il décrit l'étude de la géométrie et de ses modes de vibration, l'analyse du contact par l'application d'un modèle de transfert de force et la conversion électromécanique par méthodes semi-analytiques. Un prototype expérimental est proposé ainsi qu'une caractérisation de ses performances. Les données obtenues sont comparées au modèle théorique et permettent de valider les méthodes de conception proposées. L'effet de l'amplitude de stimulation, de la précontrainte et de l'étendue du contact y sont notamment analysés. Bien qu'appliqué au cas particulier d'un actionneur multimode incurvé, la démarche employée est générale et peut-être adaptée à la réalisation d'autres systèmes ultrasoniques.

Lors du procédé de cokéfaction, en raison de la faible largeur de la chambre de carbonisation des fours modernes, l'expansion horizontale de la pâte à coke génère une poussée sur les parois de chauffage. L'objectif de cette thèse, qui s'inscrit dans le cadre du projet européen " Swelling Pressure in a Coke Oven, Transmission on Oven walls ", est de mieux comprendre le phénomène de poussée des charbons lors de la cokéfaction et de développer un modèle permettant d'anticiper ce phénomène. Pour cela, un modèle phénoménologique prenant en compte les phénomènes physico-chimiques en présence a été développé. Une mise en équation originale est proposée pour la cinétique de condensation des goudrons et le gonflement des grains de charbon lors de la pyrolyse. Le modèle proposé est le premier reproduisant simultanément la poussée sur les piédroits et la pression des gaz produits lors de la cokéfaction. Les résultats de simulation du cas particulier de la cokéfaction du charbon Blue Creek dans le four pilote du Centre de Pyrolyse de Marienau et les mesures de pression, de température et de poussée réalisées lors des essais présentent des écarts mais demeurent en bon accord. Ces écarts sont essentiellement dus à la méconnaissance des propriétés du charbon et de son comportement mécanique. L'hypothèse d'un comportement élastique linéaire entraîne une surestimation de la poussée. L'étude de sensibilité amène, entre autres, à la conclusion que la poussée ne dépend pas directement de la pression des gaz et que le gonflement des grains de charbon joue un rôle déterminant.

Les robots poly-articulés industriels sont un moyen de production moins couteux que les machines outils. De part leur structure, ils sont moins rigides, mais ils disposent d'une agilité et d'une zone de travail plus importante. L'exploitation de ces avantages pour la réalisation de certaines opérations continues, comme l'usinage par exemple, fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie manufacturière. Ces nouvelles applications des robots poly-articulés pour l'usinage nécessitent de progresser sur le front de l'amélioration de la précision statique et dynamique de ces structures. Ainsi, afin d'améliorer la précision des robots, nous avons développé dans ce travail de thèse une méthode de planification de trajectoire basée sur l'interpolation paramétrique des courbes géométriques. Cette méthode permet de maîtriser le positionnement et la cinématique de l'outil pour les applications nécessitant un suivi de profil continu et notamment pour l'usinage. Nous proposons ainsi de qualifier les différentes souplesses des robots industriels 6 axes afin de déduire une cartographie de rigidité dans l'espace de travail cartésien. Une méthode exploitant cette cartographie permettant l'optimisation de la configuration géométrique du robot pour l'usinage est présentée. Les souplesses axiales des articulations sont intégrées dans un modèle élasto-statique utilisé pour la commande. Ce modèle permet d'anticiper les déviations statiques induites par ces souplesses articulaires. Enfin, nous mettons en évidence les défauts de transmission associés aux chaînes cinématiques des axes du robot. Nous montrons que ces défauts sont à l'origine d'une erreur de position au niveau de l'organe terminal de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. Un protocole d'identification de ces défauts est proposé. Ces défauts sont modélisés et intégrés dans une stratégie de correction hors ligne de position.

Les élastomères présentent une diversité d'utilisation et des caractéristiques mécaniques spécifiques (grandes déformations, comportement dissipatif, ...) qui en font une famille de matériaux très utilisés dans l'industrie. Lors de leur fonctionnement, les pièces réelles subissent des sollicitations complexes. Comprendre les phénomènes induits par la fatigue multiaxiale constitue ainsi un enjeu important dans la phase de conception industrielle. Le matériau utilisé au cours de cette étude est un polychloroprène (CR), fourni par la société Hutchinson et présent dans les poulies découpleuses. Celui-ci possède une réponse dissipative en grandes déformations. Son comportement est modélisé à partir de lois de comportements viscohyperélastiques suivant deux approches : une méthode analytique impliquant un calcul simple en un point d'un cylindre et l'autre utilisant un calcul éléments finis implémenté dans ANSYS. Une campagne expérimentale en fatigue multiaxiale est alors réalisée, en traction-torsion afin de tester l'énergie dissipée comme critère de fatigue multiaxial. Celui-ci présente des résultats intéressants. Des diagramme de Haigh ont été établis afin de mettre en évidence le phénomène de cristallisation. Des analyses post-mortem ont été menés avec un microscope électronique à balayage et expose des spécificités morphologiques liées à la sollicitation vue par le matériau.

Smart materials is an active research area devoted to the design of structured materials showingphysical properties that can be modified in response to an external stimulus.This study focuses on the analysis and design of adaptive system for vibroacoustic control. Theresearch investigates the design of a active interface made of piezoelectric transducers arranged ina two-dimensional lattice. Each transducer is individually shunted to an external electric circuitsynthesizing a negative capacitance effect. It allows to control waves propagating inside a structuretaking advantage of the multi-field coupling between the structural plate and the electrical circuitsshunting the piezoelectric patches.The performance of the metacomposite has been evaluated through numerous numerical andexperimental tests. The smart wave-guide has been analyzed by using the Bloch theorem appliedto two-dimensional piezo-elastic systems. Subsequently an optimization procedure has been usedwith the purpose to select the most appropriate set of circuit's parameters.A prototype of the smart waveguide has been manufactured and tested. The results results clearlyshow the filtering and attenuating capabilities of this device.Finally a finite element model of the finite extent smart plate has been considered in order toasses the robustness of the proposed control strategy respect to a modification of the circuit'sparameters, the topology of the active interface and the properties of the controlled plate.A brief review conclude the work delineating which aspects of the design should be modified inorder to obtain a device suitable for industrial applications.

Dans de grands projets tels qu'accélérateurs ou détecteurs de particules, les interfaces et les frontières se révèlent à la fois critiques et sous-estimées. Le manageur technique, acteur parmi les autres, se trouve placé à des nœuds de réseau où il doit mettre en œuvre des espaces d'échanges afin de susciter des conduites collaboratives. À partir d'études de cas issus du terrain du CERN, la thèse adopte trois principes issus de la littérature de la complexité, les principes dialogique,hologrammique et d'auto-éco-organisation. Elle propose une construction méthodologique matricielleoriginale menant à l'élaboration d'un modèle transactionnel de l'acteur d'interface.L'espace d'échanges collaboratif devient le lieu où se déploie la dynamique de transformation del'acteur d'interface en acteur-frontière. Les objets intermédiaires élaborés lors du processus deconception / intégration y sont simultanément transformés en objets frontières, qui sont mobiliséspour la réalisation du produit dans le cadre récursivement déterminé du projet. L'intérêt d'uneapproche globale et couplée de cette dynamique des espaces d'échanges conduit à proposer un"hypercompas" afin d'orienter "l'agir ↔ penser" du manageur technique.

Aujourd'hui, la plupart des entreprises occidentales se sont dotées d'un système de management par projets, caractérisant l'évolution d'une économie de masse à une économie de variété et de réactivité. Il s'ensuit chez les constructeurs une délégation de plus en plus importante aux équipementiers, des responsabilités liées à la conception des composants. Cette tendance nous a conduits aux 3 hypothèses suivantes : (1) l'équipementier doit acquérir la compétence design local dans les années à venir, (2) il doit donc se positionner rapidement en se préparant à participer au processus design à un stade conceptuel, (3) celà doit avoir lieu dans le souci de structurer l'activité design en cohérence avec celle des constructeurs. Le positionnement adequat s'appuie sur une formalisation des éléments informationnels et communicationnels mis en jeu dans le processus de design automobile. Pour répondre à cette problématique, nous avons modélisé le processus de style global qui s'insère dans le processus de conception automobile. Notre modèle s'appuie sur une approche cognitive de l'activité des stylistes. Il constitue une formalisation des composantes procédurale (démarche projet) et substantive qui renvoie à l'objet perçu par le consommateur, et plus précisémment à la notion de signe. Nous analysons l'articulation entre ces deux dimensions. Nous proposons ensuite des voies prescriptives en termes d'outils, permettant à l'équipementier de s'informer des nouvelles tendances en termes organisationnels (cadre d'une co-conception multiorganisations), informationnels (Systèmes d'Information et Nouvelles Technologies de l'Information, Travail Collectif Assisté par Ordinateur), et procéduraux (Numérisation du processus design, Outils de style Assisté par Ordinateur).