J'ai développé des modèles numériques 3D de l structure thermiques et des caractéristiques géophysiques résultants des segments de dorsale lente pour vérifier si la présence d'une zone chaude sous les centres de segment rend compte des observations géophysiques axiales et hors-axe et pour déterminer les caractéristiques d'une telle zone chaude. Les observations sur la dorsale Médio-Atlantique montrent des variations le long de l'axe des caractéristiques géophysiques des centres de segment vers leurs extrémités. Les observations hors-axe montrent l'existence de formes rhomboédriques suggérant qu'un segment s'allonge puis se raccourcit au cours du temps sur une période de 3 à 9 Ma. Dans mon modèle, la structure thermique est contrôlée par la géométrie et les dimensions d'une zone chaude permanente impose sous le centre du segment, dans laquelle est simulée la remontée adiabatique de matériel mantellique. Les processus physiques à l'origine d'une telle zone chaude ne sont pas considérés. A partir de la structure thermique, les paramètres géophysiques (anomalies gravimétriques, anomalies magnétiques, profondeur maximale des microséismes et variation axiale de l'épaisseur crustale) sont simulées et comparées à ceux observés pour identifier les dimensions et géométrie particulières de la zone chaude qui reproduisent les observations géophysiques. Les structures thermiques de différents types de segment, caractérisés par des longueurs différentes, sont déterminées de cette façon. Les modèles montrent que, les autres paramètres restant constants, l'allongement de la zone chaude est suffisant pour rendre compte de la variation des caractéristiques des différents types de segment. Cette simple évolution de la zone chaude suggère que les différents types de segment représentent différentes phases dans l'évolution d'un type unique de segment. Pour tester si une telle évolution peut rendre compte des observations hors-axe j'ai modélisé cette évolution de la zone chaude et les structure et évolution thermiques résultantes. Une telle évolution rend compte des observations hors-axe si la zone chaude s'allonge progressivement pendant 3 Ma puis se raccourcit pendant 3 Ma.

Nous nous intéressons, dans ce travail, aux chaînes ouvertes de corps élastiques, animés de grands mouvements rigides. Nous considérons deux types de problèmes : problème direct où on recherche les déplacements de la chaîne à chargement connu, problème inverse où la donnée est une position ou une trajectoire de l'extrémité terminale de la chaîne et où on recherche le chargement à imposer pour obtenir cette position ou cette trajectoire. Nous supposons que les corps de la chaîne sont bien modélisés par des poutres élastiques et nous étudions deux types de modélisations: une modélisation linéaire (approche convective) où les petits déplacements élastiques sont mesurés par rapport à un repère flottant qui suit les mouvements rigides des poutres de la chaîne et une modélisation non-linéaire (approche globale) où Ton n'effectue pas, au niveau de la formulation mécanique, de découplage entre déplacement élastique et déplacement rigide. Notre travail comporte la formulation mécanique et l'étude mathématique du problème direct dans les cas statiques et dynamiques, ce dans le cadre de l'approche convective et de l'approche globale, ainsi que l'étude mathématique d'un problème inverse dynamique simplifié. Nous avons en outre réalisé un traitement numérique simple et efficace du problème direct, ce dans le cas statique pour l'approche convective et dans les cas statiques et dynamiques pour l'approche globale.

Les éléments de coques multicouches ont montré une grande efficacité dans l'analyse non linéaire des structures. A l'origine, ces éléments avaient été développés pour des lois de comportement spécifiques au béton et à l'acier. Leur généralisation à l'analyse des structures dont le comportement est régi par des lois de comportement à variables internes (plasticité, élasto-visco-plasticité, endommagement) constitue le propos de ce travail de thèse. Issus de l'approche semi-globale, les éléments de coques multicouches permettent de rendre compte des phénomènes non-linéaires tant matériels que géométriques pour l'analyse des structures constituées de coques, sous divers chargements, avec un temps de calcul raisonnable. Dans une première partie, nous développons ces éléments dans le cadre de l'hypothèse des petites perturbations. Une extension est ensuite présentée en intégrant les effets non-linéaires géométriques. Une description lagrangienne actualisée avec un traitement semi-tangentiel des paramètres de rotation est utilisée à cet effet. Dans une seconde partie, nous présentons dans un cadre général, l'aspect théorique ainsi que le traitement numérique des lois de comportement à variables internes. A partir de là, un ensemble de lois de comportement à variables internes permettant la modélisation des comportements de l'acier et du béton sous divers chargements, est présenté. Le but étant d'utiliser ces modèles au sein des éléments finis de coques multicouches, pour le calcul de structures coques en béton armé soumises à des chargements statiques et dynamiques. Une attention particulière est portée sur la condition de contraintes planes d'une part dans le schéma d'intégration des contraintes, et d'autre part dans le calcul du tenseur de comportement tangent. Enfin, les développements effectués sont implantés dans le code de calcul par éléments finis CESAR-LCPC. Au travers d'exemples d'applications numériques, nous précisons le domaine d'application ainsi que les limites des outils proposés.

Ce travail, contribue à mieux comprendre les phénomènes complexes lors des tirs de mine afin d'approcher une conception optimisée. La première partie, concernant la détonation, est destinée à la compréhension des modèles numériques fondés sur la théorie de la propagation de détonation. La seconde partie, concernant la modélisation de la fracturation des roches, s'adresse à la simulation des tirs. Une nouvelle loi de comportement dynamique des roches (type élastique avec endommagement anisotrope) est proposée et est intégrée dans RADIOSS, un code de calcul des problèmes dynamiques transitoires. Ce modèle permet également de calculer les dimensions représentatives des fragments ; les calculs avec diverses modélisations (en 2-D et en 3-D, détonation/structure) sont effectués. La dernière partie est consacrée à l'optimisation des tirs à l'aide des traitements numériques avancés. La connaissance des mécanismes de la fragmentation des roches est approfondie notamment sur l'influence de certains paramètres de conception. Les exemples sur la recherche des règles par l'apprentissage automatique montrent l'efficacité de cette approche. L'exemple sur la recherche d'une conception optimisée montre la puissance et la perspective pratique de l'approche par algorithmes génétiques couplés avec l'apprentissage automatique.

Le but premier de notre étude a été d'améliorer la technique de mesure de déformation, à la surface d'une éprouvette polycristalline, par microextensométrie. Cette méthode a été appliquée à un acier d'emboutissage, à petite taille de grains, déformé en traction simple jusqu'à 30%. La stéréographie nous a permis de connaître plus précisément trois composantes du tenseur de Green Lagrange, pour chaque cellule, aux six étapes de déformation étudiées. La technique de l'EBSD a aussi été utilisée, afin de déterminer l'évolution de l'orientation cristalline d'environ 130 grains. Un calcul en vitesse a servi à corréler ces deux types d'information pour tenter d'étudier la nature des systèmes de glissement actifs dans ces aciers. Enfin, une confrontation entre ces résultats expérimentaux et ceux obtenus par divers modèles polycristallins (Taylor, autocohérent élastoplastique et viscoplastique), à l'échelle du grain, a été faite. Les conclusions découlant de cette étude sur la déformation de ces aciers sont: -l'existence de bandes de déformation inclinées à 45° par rapport à l'axe de traction, traversant plusieurs grains, -le fait, que la plupart des grains se comportent, au niveau de la rotation cristalline, comme des grains isolés et que dans ce cas, les modèles donnent d'assez bons résultats, -l'existence d'un écrouissage faiblement anisotrope.

Dans le but de mener à bien le dimensionnement des barrages en terre construits sur sols mous, on développe une approche couplant la consolidation des sols et les écoulements à surface libre. Ce modèle de consolidation à surface libre des sols élastiques ou élastoplastiques isotropes ou anisotropes, écrouissables ou non, prend en compte la variabilité ou la constance des principaux paramètres mécaniques et hydrauliques du sol (indice des vides, écrouissage, perméabilités, compressibilités, teneur en eau). Le traitement numérique de ce problème, effectué au niveau du code de calculs par éléments finis CESAR du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, conduit à la résolution de systèmes d'équations différentielles non-linéaires, pour lesquels on propose des algorithmes transitoires itératifs et des éléments finis appropriés du type déplacement et diffusion. L'application du modèle au calcul d'un ouvrage réel, construit et mis en eau par étapes, a permis d'obtenir des résultats encourageants tant du point de vue mécanique que du point de vue hydraulique.

Cette thèse étudie la turbulence bidimensionnelle au moyen de simulations numériques. La turbulence bidimensionnelle intéresse surtout les météorologues et les océanographes car elle constitue une première approximation de leurs écoulements. Mon travail sur le modèle de turbulence bidimensionnelle du Laboratoire de Météorologie Dynamique a consisté à la fois en l'amélioration du modèle et la réalisation de diverses expériences sur ce modèle. La principale amélioration apportée au modèle est la mise au point d'une bonne modélisation de la cascade inverse d'énergie, i.e. une simulation plus réaliste des plus grandes échelles de l'écoulement. Les expériences réalisées sur ce modèle amélioré concernent la dispersion (absolue ou relative), i.e. nous simulons l'advection de flotteurs lagrangiens par l'écoulement. Les résultats obtenus diffèrent sensiblement des conjectures théoriques et nous obligent à envisager une approche différente de la dispersion turbulente. J'ai ajouté le travail d'une année, réalisé comme scientifique du contingent à l'Institut de Mécanique de Grenoble, sur les instabilités qui se développent dans une couche de mélange bidimensionnelle.

On développe dans ce travail un modèle de comportement pour le béton armé conçu pour le calcul des structures pour éléments finis dans le cadre de comportement à court terme et sans effets dynamiques. Le comportement du béton entre fissures est modélisé par une formulation élastoplastique avec paramètres multiples d'écrouissage. La fissuration est introduite au moyen de la formulation distribuée avec un diagramme de radoucissement qui tient compte de l'énergie de rupture et la géométrie de l'élément fini. On obtient ainsi l'objectivité des résultats vis-à-vis du maillage d'éléments fini. On incorpore à cette formulation l'effet de l'armature; on propose un modèle pour le comportement du béton armé: 1) la liaison de l'armature avec le béton armé fissuré incorpore l'effet dit tension stiffening; 2) on considère l'effet du glissement acier béton : l'énergie consommée par ce processus est considérée de façon conjointe avec l'énergie de rupture en traction dans le diagramme du radoucissement; 3) le modèle considère aussi l'effet de goujon et peut inclure n'importe quelle loi d'engrènement pour la fissure; 4) le modèle permet un nombre quelconque de directions de fissures et de couches d'armature. Finalement on montre les bonnes performances du modèle par comparaison de leurs résultats avec les données expérimentales sur structures planes en béton armé.

A l'opposé du dimensionnement de fondations d'ouvrages sur les sols, régi par des règles de calcul validées, le dimensionnement de fondations au rocher est mal maîtrisé. Jusqu'à présent, ceci n'a pas posé de problème majeur, car le dimensionnement de fondations se trouvait plutôt limité par la résistance du béton que par celle du massif rocheux. Mais la construction d'ouvrages d'art de plus en plus majestueux nécessite aujourd'hui une meilleure connaissance de ce domaine de la mécanique des roches. La première partie recense les méthodes les mieux adaptées pour déterminer la déformabilité et la résistance d'un massif rocheux. Elle présente les différentes méthodes de dimensionnement de fondations superficielle et semi-profonde au rocher. Enfin, elle analyse les textes réglementaires français et étrangers. Il existe peu de méthodes de dimensionnement de fondations qui tiennent compte du caractère discontinu des massifs rocheux ; le cas de fondations soumises à des efforts latéraux et à des moments renversants n'est quasiment pas traité. La deuxième partie consiste en l'analyse numérique du comportement de fondations superficielle et semi-profonde sur massif rocheux à l'aide du code de calcul par éléments distincts UDEC. Les résultats montrent que les discontinuités du massif rocheux ont un rôle primordial sur le comportement sous effort incliné de fondations semi-profondes. Selon leur pendage, les discontinuités peuvent diminuer considérablement la charge limite admissible. Quelques modèles analytiques simples à peu de blocs sont ensuite proposés, afin d'estimer - pour un dimensionnement préliminaire - la charge limite de rupture d'un puits marocain sous effort latéral. Les résultats numériques obtenus sont bidimensionnels; les résultats tridimensionnels peuvent être estimés à l'aide de coefficients de transfert 2D/3D, qu'il serait intéressant de vérifier à l'aide d'un code de calcul par éléments distincts tridimensionnel. Enfin, il serait nécessaire de valider les résultats de modélisation numérique sur un site réel.

Les structures réservoirs se développent de plus en plus pour réduire les débits de ruissellement urbain et par voie de conséquence les risques d'inondations. Elles améliorent aussi la qualité des eaux rejetées dans les milieux naturels par temps de pluie. L'analyse fine du fonctionnement hydraulique de ces structures met en évidence de nombreux mécanismes faisant l'objet d'une étude bibliographique. Des systèmes diffusants sont souvent utilisés pour injecter les eaux de surfaces imperméabilisées voisines sans débordement et assurer leur bonne répartition spatiale, or leur fonctionnement est mal connu. Une approche de ce problème est d'abord réalisée en régime permanent, expérimentalement et numériquement en ne prenant en compte que le dispositif de diffusion sans le matériau poreux environnant. Puis une simulation des écoulements dans ce matériau est présentée, en particulier lorsque plusieurs réservoirs en cascade sont construits. Enfin un modèle simplifié des dispositifs de diffusion est proposé et permet leur couplage avec le milieu environnant à l'aide d'un code de calcul par éléments finis d'hydrodynamique souterraine.