Des approches statistiques-probabilites du comportement mécanique des composites à matrice céramique, fondées sur la description des phénomènes stochastiques à l'origine de la fragmentation matricielle et de la rupture ultime, ont été développées. Elles ont été appliquées à des composites unidirectionnels et tissés de type SiC/SiC. Elles ont permis de calculer le comportement mécanique et la rupture en traction et en flexion. L'approche de la fragmentation matricielle repose sur l'analyse des populations de défauts qui provoquent cette fragmentation. Dans le cas des composites unidirectionnels étudiés, une seule population est suffisante pour calculer le comportement. Pour les composites tissés étudiés, trois populations de défauts caractérisent le processus de fissuration. En ce qui concerne la rupture, une classification, fondée sur les effets de volumes et les ruptures successives d'éprouvettes en traction, permet de définir convenablement le choix du critère probabiliste de rupture (Weibull, Ergodique ...). Ainsi le caractère ergodique de la rupture d'un composite tissé SiC/SiC a été mis en évidence et vérifié sur des essais de flexion 3 points et 4 points.

Ce travail porte sur la modélisation et la simulation du trafic routier sur un réseau. Modéliser le trafic sur une section homogène (c'est-à-dire sans entrée, ni sortie) trouve ses racines au milieu du XXème siècle et a généré une importante littérature depuis. Cependant, la prise en compte des discontinuités des réseaux comme les jonctions, n'a attiré l'attention du cercle scientifique que bien plus récemment. Pourtant, ces discontinuités sont les sources majeures des congestions, récurrentes ou non, qui dégradent la qualité de service des infrastructures. Ce travail se propose donc d'apporter un éclairage particulier sur cette question, tout en s'intéressant aux problèmes d'échelle et plus particulièrement au passage microscopique-macroscopique dans les modèles existants. La première partie de cette thèse est consacrée au lien existant entre les modèles de poursuite microscopiques et les modèles d'écoulement macroscopiques. Le passage asymptotique est assuré par une technique d'homogénéisation pour les équations d'Hamilton-Jacobi. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation et à la simulation des flux de véhicules au travers d'une jonction. Le modèle macroscopique considéré est bâti autour des équations d'Hamilton-Jacobi. La troisième partie enfin, se concentre sur la recherche de solutions analytiques ou semi-analytiques, grâce à l'utilisation de formules de représentation permettant de résoudre les équations d'Hamilton-Jacobi sous de bonnes hypothèses. Nous nous intéressons également dans cette thèse, à la classe générique des modèles macroscopiques de trafic de second ordre, dits modèles GSOM / This work focuses on modeling and simulation of traffic flows on a network. Modeling road traffic on a homogeneous section takes its roots in the middle of XXth century and it has generated a substantial literature since then. However, taking into account discontinuities of the network such as junctions, has attracted the attention of the scientific circle more recently. However, these discontinuities are the major sources of traffic congestion, recurring or not, that basically degrades the level of service of road infrastructure. This work therefore aims to provide a unique perspective on this issue, while focusing on scale problems and more precisely on microscopic-macroscopic passage in existing models. The first part of this thesis is devoted to the relationship between microscopic car-following models and macroscopic continuous flow models. The asymptotic passage is based on a homogenization technique for Hamilton-Jacobi equations. In a second part, we focus on the modeling and simulation of vehicular traffic flow through a junction. The considered macroscopic model is built on Hamilton-Jacobi equations as well. Finally, the third part focuses on finding analytical or semi-analytical solutions, through representation formulas aiming to solve Hamilton-Jacobi equations under adequate assumptions. In this thesis, we are also interested in a generic class of second order macroscopic traffic flow models, the so-called GSOM models

Cette thèse étudie des modèles mésoscopiques adaptés à la simulation d'ondes de choc et de détonation dans des fluides. Ces phénomènes mettent en jeu des processus complexes et nécessitent des systèmes de taille suffisante pour les observer. L'enjeu est ainsi de gagner en échelle par rapport aux méthodes microscopiques, précises mais coûteuses, tout en conservant les propriétés essentielles. Dans cette optique, le développement de méthodes multi-échelles couplant différentes résolutions au sein d'une même simulation permet d'adopter une description plus fine dans certaines régions. Nous étudions plus particulièrement la SDPD (Smoothed Dissipative Particle Dynamics) qui couple une discrétisation particulaire des équations de Navier-Stokes et des fluctuations thermiques variant avec la résolution. La reformulation de la SDPD en termes d'énergie interne, en plus de la position et de la quantité de mouvement, permet de rapprocher structurellement la SDPD et la DPDE (Dissipative Particle Dynamics with Energy conservation). Des schémas numériques conçus pour la DPDE sont adaptés à la SDPD afin d'assurer la conservation de l'énergie et la stabilité de la dynamique. Nous étudions également les propriétés statistiques de la SDPD et établissons des estimateurs de la température et de la pression. La cohérence multi-échelle de laSDPD est démontrée par des simulations à l’équilibre et pour des ondes de choc et nous proposons un couplage entre la SDPD à différentes résolutions. Enfin, la pertinence physique de la méthode est illustrée par la simulation d’ondes de détonation et d’éjection de matière / This thesis studies mesoscopic models adapted to the simulation of shock and detonation waves in fluids. These phenomena require systems sufficiently large to observe the complex processes occurring in this context. The aim is thus to increase the accessible time and length scales of microscopic methods, accurate but expensive, while preserving their essential properties. To this end, the multiscale coupling of methods at different resolutions allows to finely describe a specific region, limiting the computational cost. In particular, we study Smoothed Dissipative Particle Dynamics (SDPD) which couples a particle discretization of the Navier-Stokes equations and thermal fluctuations that scale consistently with the resolution. The SDPD equations are reformulated in terms of internal energies, which increases the structural similarity with Dissipative Particle Dynamics with Energy conservation (DPDE). We adapt numerical schemes for DPDE to the context of SDPD in order to ensure energy conservation and stability. We study the statistical properties of SDPD and determine estimators for temperature and pressure. The size consistency in SDPD is established for equilibrium and shock waves, which leads us to propose a multiscale coupling of SDPD at different resolutions. Finally, its physical relevance is illustrated by simulating micro-jetting and detonation waves

Cette thèse contient deux contributions à l’homogénéisation en espace-temps des équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre. Ces équations sont en lien avec la modélisation du trafic routier. Enfin, sont présentés des résultats d’homogénéisation en milieu presque périodique. Le premier chapitre est consacré à l’homogénéisation d’un système infini d’équations différentielles couplées avec temps de retard. Ce système provient ici d’un modèle microscopique de trafic routier simple. Les conducteurs se suivent sur une route rectiligne infinie et l’on tient compte de leur temps de réaction. On suppose que la vitesse de chaque conducteur est une fonction de l’interdistance avec le conducteur qui le précède: on parle d’un modèle du type “follow-the-leader”. Grâce à un principe de comparaison strict, on montre la convergence vers un modèle macroscopique pour des temps de réaction inférieurs à une valeur critique. Dans un second temps, on exhibe un contre-exemple à l’homogénéisation pour un temps de réaction supérieur à cette valeur critique, pour des conditions initiales particulières. Pour cela, on perturbe la solution stationnaire dans laquelle les véhicules sont tous équidistants aux instants initiaux. Le second chapitre porte sur l’homogénéisation d’une équation de Hamilton-Jacobi dont l’Hamiltonien est discontinu en espace. Le modèle de trafic associé est une route rectiligne comportant une infinité de feux tricolores. Ces feux sont supposés identiques, équidistants et le déphasage entre deux feux successifs est supposé constant. On étudie l’influence à grande échelle de ce déphasage sur le trafic. On distingue la portion de route libre, qui sera représentée par un modèle macroscopique, et les feux, qui seront modélisés par des limiteurs de flux périodiques en temps. Le cadre théorique est celui par C. Imbert et R. Monneau (2017) pour les équations de Hamilton-Jacobi sur réseaux. L’étude se décompose en l’homogénéisation théorique, où l’Hamiltonien effectif dépend du déphasage, puis l’obtention de propriétés qualitatives de cet Hamiltonien à l’aide d’observations via des simulations numériques. Le troisième chapitre présente des résultats d’homogénéisation en milieu presque périodique. On étudie tout d’abord un problème d’évolution avec un Hamiltonien stationnaire, presque périodique en espace. À l’aide d’arguments presque périodiques, on effectue dans un second temps une nouvelle preuve du résultat d’homogénéisation du second chapitre. L’Hamiltonien est alors périodique en temps et presque périodique en espace. Sont également présentes des questions encore ouvertes, notamment dans le cas où l’Hamiltonien est presque périodique en temps-espace, et dans le cas d’un modèle de trafic où les feux sont assez proches, avec donc un modèle microscopique entre les feux / This thesis report deals with the homogenization in space and time of some first order Hamilton-Jacobi equations. It contains two contributions. The corresponding equations are derived from traffic flow modelling. We finally present some results of almost periodic homogenization. In the first chapter, we consider a one dimensional pursuit law with delay which is derived from traffic flow modelling. It takes the form of an infinite system of first order coupled delayed equations. Each equation describes the motion of a driver who interacts with the preceding one: such a model is referred to as a ``follow-the-leader" model. We take into account the reaction time of drivers. We derive a macroscopic model, namely a Hamilton-Jacobi equation, by a homogenization process for reaction times that are below an explicit threshold. The key idea is to show, that below this threshold, a strict comparison principle holds for the infinite system. Above this threshold, we show that collisions can occur. In a second time, for well-chosen dynamics and higher reaction times, we show that there exist some microscopic pursuit laws that do not lead to the previous macroscopic model. Such a law is here derived as a perturbation of the stationnary solution, for which all the vehicles are equally spaced at initial times. The second chapter is dedicated to the homogenization of a Hamilton-Jacobi equation for traffic lights. We consider an infinite road where lights are equally spaced and with a constant phase shift between two lights. This model takes the form of a first order Hamilton-Jacobi equation with an Hamiltonian that is discontinuous in the space variable and the notion of viscosity solution is the one introduced by C. Imbert and R. Monneau (2017). Each light is modelled as a time-periodic flux limiter and the traffic flow between two lights corresponds to the classical LWR model. The global Hamiltonian will be time-periodic but not periodic in space for a general phase shift. We first show that the rescaled solution converges toward the solution of the expected macroscopic model where the effective Hamiltonian depends on the phase shift. In a second time, numerical simulations are used to analyse the effect of the phase shift on the effective Hamiltonian and to reveal some properties of the effective Hamiltonian from the numerical observations. In the third chapter, we are interested in some homogenization problems of Hamilton-Jacobi equations within the almost periodic setting which generalizes the usual periodic one. The first problem is the evolutionary version of the work cite {ishii2000almost}, with the same stationary Hamiltonian. The second problem has already been solved in the second chapter but we use here almost periodic arguments for the time periodic and space almost periodic Hamiltonian. We only study the ergodicity of the associated cell problems. We finally discuss open problems, the first one concerning a space and time almost periodic Hamiltonian and the second one being a microscopic model for traffic flow modelling where the Hamiltonian is almost periodic in space

Les mousses de polyuréthane (PU) hautement poreuses sont largement utilisées dans différentes industries pour dissiper l’énergie des ondes sonores et vibratoires. La propagation des ondes acoustiques dans ces matériaux poroélastiques est décrite à partir d’un ensemble de paramètres physiques connus sous le nom de paramètres de Biot (pour les matériaux isotropes, ils sont composés de 5 paramètres non acoustiques et de 4 paramètres mécaniques). Il est bien connu que les propriétés macroscopiques dépendent intrinsèquement des propriétés de la microstructure de la mousse. Ainsi, une compréhension claire des corrélations entre la structure interne des mousses de PU et leurs paramètres de Biot ainsi que la contribution de chaque paramètre, soit microscopique ou macroscopique, sur l’indicateur vibroacoustique désiré est d’un intérêt majeur au stade précoce de la conception et de l’optimisation de ces matériaux poroélastiques. Le développement d’un modèle micromacro qui corrèle les propriétés de la microstructure aux paramètres macroscopiques de Biot est donc nécessaire. Récemment, un modèle qui corrèle les propriétés de la microstructure des mousses PU hautement poreuses à leurs propriétés non acoustiques a été présenté par Doutres et coll. [24, 25]. Dans cette étude, les propriétés de la microstructure (dimensions de la cellule et taux de réticulation) sont d’abord caractérisées par un microscope électronique à balayage (SEM). Ensuite, l’effet du taux de réticulation (mesurant le pourcentage de fenêtres ouvertes), de la taille des cellules et de la densité relative sur les propriétés mécaniques de la mousse de polyuréthane a été élucidé à l’aide d’un modèle numérique. Se basant sur ce modèle, un modelé analytique existant, qui corrèle les propriétés de la microstructure de mousses PU entièrement réticulées à ses propriétés mécaniques, a été revu et corrigé pour tenir compte de l’effet important du taux de réticulation. En combinant le modèle de Doutres avec le modèle mécanique développé dans cette thèse, un modèle micro-macro complet est ainsi obtenu. Utilisant ce modèle, l’impact de la variabilité de la microstructure et la contribution de chacun des paramètres microstructuraux à la réponse vibroacoustique ont été étudiés utilisant une méthode d’analyse de sensibilité globale (FAST). La méthode FAST a été utilisée pour identifier l’impact de la microstructure sur, premièrement, les paramètres de Biot-Allard et, deuxièmement, sur les indicateurs vibroacoustiques (absorption et perte par transmission) des mousses de polyuréthane poroélastiques. Une fois les modèles micro-macro et la contribution des propriétés de la microstructure connus, la performance vibroacoustique de la mousse a été optimisée. Ainsi nous avons testé numériquement la performance acoustique de mousses homogènes et de mousses graduellement structurées (variation de propriétés suivant l’épaisseur de la mousse). Cette étude ouvre ainsi de nouvelles portes pour concevoir des mousses PU innovantes avec une microstructure modifiée et des performances vibroacoustique améliorées. / Abstract : Highly porous polyurethane (PU) foams are widely used in different industries to dissipate the energy of sound and vibration waves. Propagation of acoustic waves in such poroelastic materials is explained based on a set of physical parameters known as the Biot's parameters (for isotropic materials these are comprised of 5 non-acoustical parameters and 4 mechanical parameters). These macroscopic properties are inherently dependent on the microstructure properties of the foam. Hence, a clear understanding of correlations between the internal structure of PU foams and their Biot's parameters and the contribution of each parameter, either microscopic or macroscopic, to classical vibro-acoustic indicators is of utmost interest at the early stage of design and optimization of such poroelastic materials. In consequence, a micro macro model that correlates microstructure properties to macroscopic Biot's parameters is needed. Recently, a model that correlates the microstructure properties of highly porous PU foams to their non-acoustical properties was presented by~\citet{Doutres2011,Doutres2013}. In this study, micro-structure properties (strut length, strut thickness, and open pore content) are first characterized using a Scanning Electron Microscope (SEM). Then, a numerical study is performed to elucidate the effect of open pore content (known as reticulation rate), cell size, and relative density on the mechanical properties of polyurethane foam. Based on this study, an existing analytical model~\cite{Gong2005} that correlates fully reticulated unit cell microstructure properties of PU foams to its mechanical properties is corrected and updated to account for these important parameters. Combined with Doutres’ model, the proposed extension lead to a full micro-macro model for predicting the acoustic performance of PU foams from its microstructure. Using this model, the contribution of the unit cell parameters and effect of their variability on classical vibro-acoustic indicators (absorption and transmission loss) is investigated using a global sensitivity analysis method (FAST). The FAST method is used to identify the impact of microstructure role on, first, the Biot-Allard parameters and, second, on vibro-acoustical indicators of poroelastic polyurethane foams. Based on this sensitivity analysis study, the developed micro-macro model, is used to design both optimum homogeneous foam and functionally graded foams (properties optimally varnish along the thickness of the foam) targeting specific in absorption and/or transmission loss problems. This study opens thus a new door to design innovative PU foams with modified micro-structure and improved vibro-acoustical performance.

Le but de cette thèse est de développer un absorbant acoustique à base de panic érigé, sur le principe du développement durable, dans le but de l'utiliser pour des applications acoustiques en intérieur et d'être une alternative à la laine de verre. Ainsi, les questions environnementales, économiques et sociétales sont à prendre en compte. Autrement dit, le produit devra être fabriqué localement avec des ressources renouvelables tout en minimisant le transport et l'énergie nécessaire pour son cycle de vie au complet. L'utilisation du panic érigé est une avenue dans la mesure où cette plante pousse sans apport particulier de l'homme et fournit une quantité de paille abondante (c.-à-d.. quatre fois plus que le blé). Son implantation permettrait de valoriser les terrains peu cultivables des agriculteurs. Une extension de la méthode des matrices de transfert a été proposée afin de simuler non plus des empilements de matériaux acoustiques en série (c.-à-d.. l'un derrière l'autre) mais en parallèle (c.-à-d.. l'un à côté de l'autre). Cette méthode permet, ainsi, de modéliser l'empilement de tiges de panic érigé dans une configuration dite ``longitudinale'' par rapport à la propagation sonore et de prédire la réponse de systèmes acoustiques assemblés en parallèle (p. ex. résonateurs quart d'onde) qui peuvent donner naissance à de potentiel concept en panic érigé. Ainsi, le projet se découpe en deux étapes majeures : la caractérisation acoustique de la plante et sa modélisation puis l'élaboration (c.-à-d.. modélisation, fabrication et optimisation) d'un concept acoustique à partir de cette plante.

Transnational advocacy networks (TANs) are a rapidly proliferating phenomenon in international contentious politics. Widely known for waging headline-grabbing wars of words, TANs remain under-theorised on important levels of analysis. Unsurprisingly, they have been termed ‘elusive’ in the political literature. Typically portrayed as vital service-providing agencies that by-pass official controls to relay civil society concerns to the world’s media and international policy-makers, TANs are commonly assumed to be the vociferous, Internet-enabled, offspring of traditional NGOs and, thus, heirs to the reputational capital of NGOs. However, despite this respected provenance, it is evident that TANs frequently fail to achieve their goals. Knowledge of why some TAN strategies succeed while others fail is contested and inconclusive. This empirical thesis attempts to build on the international political literature by showing why the emerging NGO typology of TANs cannot be explained without paying attention to the systemic complexity of their environment and the essentially communicative functioning of these globe-spanning advocacy cooperatives. It seeks to demonstrate also the analytical value of applying complex realism in IR praxis. Hence, the thesis explicates a real-world conundrum: What is the place and function of transnational advocacy networks in the contemporary international system and how effective are they in achieving their aims? To identify macro-structural conditions and indicators of relationship quality — primarily involving state and non-state elements in the context of the United Nations — the thesis study reclaimed macro-sociological perspective as a first stage, ‘top-down’ approach to this complex, multi-dimensional problem space. The resultant data and patterns were then tested by way of a second-stage, micro-sociological, ‘bottom-up’, case study exploration of the UN’s interface with three iconic TANs — Greenpeace, Oxfam and Human Rights Watch. By conceptualising these relationships as intersections between systemic elements constituted on different social levels and scales of complexity, the scalable methodology enabled the study to transcend the micro-macro problems inherent in the primary research question. The results indicate that TANs are a distinctive typology of NGO that the international system is struggling to evaluate and accommodate within existing arrangements for NGO engagement. Unexpectedly, the study found plausible indications that the barriers many TANs encounter are endogenously produced. The results challenge prevailing assumptions about the place and function of grassroots diplomacy in the international arena; the ability of communications strategies to remedy global problems; and the reality and limitations of ‘people power’. By highlighting under-exposed features of the contemporary international relational landscape, the thesis argues, we might better determine whether many contemporary TANs are, in fact, evolving as the best-suited champions for the urgent, political quests they adopt.

Cette thèse étudie la possibilité de simuler des écoulements complexes (polymères chargés, suspensions de fibres courtes, polymères) en prenant en compte la structure à l'échelle microscopique dans le cadre de la théorie cinétique. Il y a un couplage fort entre la structure microscopique et la cinématique à l'échelle macroscopique. Le caractère multidimensionnel de l'équation de Fokker-Planck décrivant la microstructure du fluide rend la simulation difficile avec des approches déterministes classiques. Pour palier ce problème, plusieurs méthodes visant à réduire les dimensions sont développées et testées. <br /><br />Ces méthodes sont appliquées en particulier dans le cas des écoulements recirculants. Le cas d'une recirculation ajoute une difficulté supplémentaire car nous ne connaissons ni les conditions initiales, ni les conditions aux limites. Or les recirculations se trouvent dans beaucoup d'écoulements industriels, lors de la mise en forme des matériaux. Pour cette raison nous avons développé des méthodes numériques spécifiques à ce type d'écoulement.<br /><br />Finalement, une partie de la thèse est dédiée à une étude expérimentale permettant de valider les résultats numériques obtenus et d'étudier les phénomènes physiques entrant en jeu dans la mise en forme des polymères chargés.

Le développement de la biologie cellulaire nécessite la mise en place de moyens de micromanipulation de cellules en laboratoire. Les cellules biologiques étant de taille microscopique, l'étude de leur manipulation relève de la microrobotique et plus particulièrement de la micromanipulation. Les travaux de thèse présentés ici ont abouti à la mise au point d'un dispositif permettant de pousser des cellules contenues dans un milieu aqueux sur une lamelle de verre. Le pousseur de cellules est un élément ferromagnétique microscopique qui suit le déplacement d'un aimant permanent situé sous la lamelle de verre. Les pousseurs utilisés sont construits à base de nickel électroformé et possèdent des tailles allant de 10x10x5 µm à 400x400x20 µm. Cette thèse présente un modèle complet de la transmission de mouvement de l'aimant vers le pousseur. La poussée d'un objet peut s'effectuer de deux façons différentes : soit en faisant tourner le pousseur autour de son point de contact (rotation), soit en déplaçant le pousseur en translation. La rotation permet de déplacer un objet avec une précision inférieure à 1 µm sur une course réduite, alors que la translation permet de déplacer un objet avec une précision de l'ordre de 5 à 20 microns sur une course infinie. Nous proposons dans cette thèse une commande micro-macro spécifique permettant de déplacer un objet avec une bonne précision sur une course infinie. Nous avons également construit un estimateur de l'effort appliqué par le pousseur sur l'objet manipulé. Cet estimateur est basé sur la mesure de la position relative du pousseur par rapport à l'aimant. Un grand nombre d'expérimentations ont été mises en place grâce à notre dispositif, dont la manipulation de billes de polystyrène de 50 microns de diamètre et la manipulation d'ovules de 150 microns de diamètre.

The study of large-scale decentralised systems composed of numerous interacting agents that self-organise to perform a common task is receiving growing attention in several application domains. However, real world implementations are limited by a lack of well-established design methodologies that provide performance guarantees. Engineering such systems is a challenging task because of the difficulties to obtain the micro-macro link: a correspondence between the microscopic description of the individual agent behaviour and the macroscopic models that describe the system's dynamics at the global level. In this thesis, we propose an engineering methodology for designing decentralised systems, based on the concept of design patterns. A design pattern provides a general solution to a specific class of problems which are relevant in several application domains. The main component of the solution consists of a multi-level description of the collective process, from macro to micro models, accompanied by rules for converting the model parameters between description levels. In other words, the design pattern provides a formal description of the micro-macro link for a process that tackles a specific class of problems. Additionally, a design pattern provides a set of case studies to illustrate possible implementation alternatives both for simple or particularly challenging scenarios. We present a design pattern for the best-of-n, decentralised decision problem that is derived from a model of nest-site selection in honeybees. We present two case studies to showcase the design pattern usage in (i) a multiagent system interacting through a fully-connected network, and (ii) a swarm of particles moving on a bidimensional plane. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished