Les matériaux supraconducteurs présentent des propriétés physiques et géométriques particulières qui exigent des approches de modélisation spatio-temporelle fines, où les méthodes classiques trouvent rapidement leurs limites en termes de convergence, de précision et de temps de calcul. Ce dernier peut être très conséquent, ce qui est incompatible avec les problèmes de dimensionnement et d’optimisation. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif de développer des approches de modélisation multiphysique rapides pour le dimensionnement et l’optimisation des systèmes à base de supraconducteurs. Un intérêt particulier est porté pour les méthodes intégrales. Les verrous scientifiques à lever, qui constituent également l’originalité du travail, résident dans l’intégration des lois de comportement E(J) des supraconducteurs dans les schémas numériques de ce type de méthodes. Dans ce travail on développe un modèle numérique afin d’étudier la distribution de la densité de courant et d’estimer les pertes AC dans les supraconducteurs à haute température (HTS). Le modèle développé est basé sur une formulation intégro-différentielle en termes de potentiel vecteur électrique dans les deux domaines fréquentiel et temporel. Une campagne de test est menée afin de valider et de bien cerner les possibilités offertes et les limites de cette approche pour la modélisation des supraconducteurs. / Superconducting materials have particular physical and geometric properties that require spatial-temporal modeling approaches fines, where conventional methods quickly reach their limits in terms of convergence, precision and computational time. The latter can be very consistent, which is incompatible with the design and optimization problems. In this context, this work aims to develop rapid multiphysics modeling approaches for the design and optimization of superconductor-based systems. Particular attention is paid to the integral methods. Scientific obstacles to overcome, which also constitute the originality of the work lies in the integration of behavior laws E (J) of superconducting digital patterns of such methods. A numerical model is developed for a rapid computation of eddy currents in multifilamentary high temperature superconductive (HTS) for the evaluation of AC losses. The developed model is based on an integro-differential formulation in terms of the electric vector potential in the frequency and temporal domains. A test campaign is conducted to validate and clearly identify the possibilities and limitations of this approach for modeling superconductors.

Ces travaux se placent dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques des architectures à renforcement tridimensionnel dans les structures composites. Nous proposons une approche permettant de caractériser les propriétés mécaniques de structures composites Interlock et en particulier de résoudre les problèmes liés à la création de ces géométries complexes et leur discrétisation.Une des difficultés des approches méso-macro réside dans la manière de reproduire de façon fidèle la géométrie de ces architectures aux formes très complexes et d'obtenir en particulier un Volume Elémentaire Représentatif (VER) duquel on peut déduire par calcul éléments finis les propriétés mécaniques par homogénéisation. Cette pluralité des formes engendre des difficultés de mise en œuvre essentiellement géométriques et des difficultés de maillage bien connues : interpénétration et contact des mèches, maillage de fines couches de résines aux interfaces, détermination en tout point de l'orientation des fibres. Nous proposons une approche qui consiste à créer un modèle géométrique des mèches limitant ou contrôlant les intersections et les contacts, à définir un VER périodique et à mailler ce VER en tétraèdres avec des maillages conformes aux interfaces. Une fois le modèle maillé obtenu et les conditions de périodicités définies, les propriétés mécaniques effectives sont obtenues par homogénéisation. Les calculs par éléments finis sont réalisés avec le logiciel ABAQUS. Les tissages complexes ont été traités automatiquement avec cette technique. Les résultats sont confrontés à ceux d’autres modélisations, issus de la littérature et de l’expérience. / The work proposed here is devoted to the prediction and the characterization of the mechanical behavior of interlock woven composite structures. We propose an approach to characterize the mechanical properties of interlock woven composite structures and particularly to solve the problems associated with the creation of these complex geometries and their discretization into a conform mesh. One of the difficulties of this meso-macro approach is to reproduce faithfully the geometry of these architectures with complex shapes and to obtain a Representative Volume Element (RVE). Once this complex step is achieved, the mechanical properties of the composite can be thereafter obtained by homogenization from a finite element analysis. The difficulties to generate a RVE of such structures are well known: interpenetration and contacts between yarns, meshing of thin resin layers at interfaces, determination of the orientation of the fibers at all points of the structure. We propose an approach which consists of creating a geometric model of the yarns limiting or controlling the intersections and the contacts, defining a periodic RVE, meshing this RVE by tetrahedral with compatible meshes at the interfaces. Once the model is meshed and the symmetry conditions are defined, the properties are obtained by homogenization. The finite element calculations are performed on the ABAQUS software. Complex weaves can be automatically processed with this technique. The results are compared whit other modeling from the literature and with experimental data.

Une grande partie de la structure des avions modernes est fabriquée à partir des dernières générations de matériaux composites. Le principal défi des constructeurs d’avions réside dans la taille importante des pièces en composites. D’où la nécessité de développer de nouvelles technologies de fabrication telle que la dépose automatique de préimprégné. La qualité des pièces fabriquées dépend de nombreux facteurs dont notamment la maîtrise de la rhéologie de la résine du préimprégné. Cette dernière évolue fortement avec les conditions environnementales et les conditions de fabrication. Elle détermine pour partie, les instabilités de la matière particulièrement le long des trajectoires curvilignes. Ces instabilités, qui se présentent sous forme de cloques, engendrent après cuisson des pièces avec des défauts de repliement des couches dans les stratifiés. L’objectif principal de cette thèse de doctorat est l’étude du comportement mécanique d’un ruban de préimprégné prenant en compte la rhéologie de la matière ainsi que sa pégosité dans le but de mieux comprendre les conditions d’apparition des cloques en trajectoire curviligne. Une partie de mes travaux est consacrée à la caractérisation des propriétés physico-chimiques et mécaniques de la matière. Une seconde partie, complémentaire à la première, est dédiée au développement d’un modèle de comportement mécanique d’une plaque sur fondation élastique représentant le ruban de préimprégné et soumise à une rotation imposée. La méthode de Ritz a été utilisée pour l'obtention de solutions explicites des charges critiques de flambement. Il a été montré que les plus faibles rayons de courbure sans formation de cloques en trajectoire curviligne dans le plan sont obtenus avec un faible écrasement du rouleau et un niveau de collant élevé. / The evolution of composite materials in aerospace has been spectacular over the last thirty years. The main advantage provided by composites is weight gain compared to other materials. However, new aluminum lithium alloys may slow this trend because of their specific properties and exceptional manufacturing costs lower than those of composites. Much parts of the structure of the A380 are made from the latest generation of composite materials with organic matrix. The Airbus A380 is the first plane of the manufacturer composed by a center wing box made by composite reinforced with carbon fibers and organic matrix. And like the devices that preceded it, the center wing box, rudder, horizontal stabilizer and the elevators were designed with composites reinforced with carbon fibers and organic matrix. But the main challenge with the new aircraft is the size of parts ; the size of the horizontal stabilizer of the A380 for example, is similar to the wing of the A310. Hence the need to develop the intensive use of automatic prepreg lay up technology. The use of semi-finished prepregs for the manufacture of parts allows standardizing production. Indeed, these products exhibit with the desired rate of reinforcement on the final parts, all the delicate operations of pumping excess resin during the implementation of parts, as the case in the RTM process (Resin Transfer Molding) are eliminated. The quality of parts produced using automatic lay up depends on many factors including the accuracy of trajectory lay up, the control of rheology of the resin contained in the prepreg and behavior at the interface of the material and tooling. The rheology of the resin is changing considerably with environmental conditions (temperature, humidity) and processing conditions (speed of removal, compaction strength). It determines in part and in combination with the tackiness of the prepreg, the instabilities of the material particularly along curved trajectories. In curvilinear lay up, the rotation of the tow placement head imposes to this portion of slit tape, a curvature generating a circular bending phenomenon.The outer portion of the tape is then stretched while the inside is compressed. When the radius of curvature of the tow placement head is low, the result is a phenomenon of local buckling of the slit tape. The corresponding layer waviness (See figure 1) is visible after the passage of the roller so instantly or delayed, depending on the conditions of lay up (speed lay up,compaction strength, temperature, humidity) and the tackiness of the material. Thus, the formation of the layer waviness is a local phenomenon that appears in the material between the tow placement head and tools. It is this area of the material defined by the form of plate, and the extent of which depends on the compaction strength and flexibility of the roller which will be the model proposed in this communication. It is supposed that this plate is based on elastic foundation in order to reflect the tack of the material. The formation mechanism of ply waviness is very few studied and remains unclear since these defects appear at different steps in the manufacturing process. Some studies recommend, without justification, to not exceed some radius of curvature to avoid buckling [1]. Interactions between tooling and material in relation with lay up conditions were studied [2]. In this paper we study the mechanical behavior of a slit tape taking into account the rheology of the material so that his tack in order to better understand the conditions of appearance of layer waviness during circular trajectories. At first, we will present some results from the identification of physico-chemical and mechanical properties of prepreg carbon / epoxy and then we will explain the evolutions observed. A second part, complements the first,will be dedicated to the development of a model of mechanical behavior of a plate based onelastic foundation, representing the slit tape which is subjected to a rotation imposed. The mechanical model of the slit tape will be based on the theory of plate under the hypotheses of Kirchhoff-Love and Von-Karman. Determining the critical buckling load is carried by the Ritz method. The simulation results using different boundary conditions will be analyzed and compared to real cases.

Cette étude traite d’une machine doublement saillante à aimants permanents, utilisée en entraînement direct pour application hydrolienne. Dans un premier temps, différentes approches technologiques utilisées pour l’exploitation hydrolienne sont passées en revue. Ensuite, la génératrice est modélisée par approche circuit. Cette méthode permet de tenir compte de la saturation magnétique et de la variation d’entrefer, tout en offrant un compromis intéressant entre la précision des résultats et le temps de simulation. Le modèle de la DSPM est ensuite couplé avec son convertisseur. Un modèle thermique est également mis en place. Ce modèle est ensuite utilisé pour optimiser simultanément la denture de la DSPM et les paramètres de la commande afin de maximiser le couple et de réduire ses ondulations, importantes dans les machines à saillance. Les paramètres de commande sont également optimisés sur un cycle hydrolien. Le premier critère à minimiser sur cycle concerne les ondulations de couple. Les pertes Joule sont ensuite rajoutées comme second critère. Des fronts de Pareto sont alors déduits et analysés. Finalement, des essais à vide et en charge sur un prototype 2 kW, 50 tr/min ont permis de valider le modèle théorique développé. / This study deals with a doubly salient permanent magnet machine, used in direct drive for tidal application. First, different technological approaches used for tidal power generation are reviewed. Then, the generator is modelled by circuit approach. This method allows for magnetic saturation and airgap variation to be taken into account, while offering an interesting compromise between the accuracy of the results and the simulation time. The DSPM model is then coupled with its converter. A thermal model is also implemented. This model is then used to optimize simultaneously the DSPM teeth and its control parameters in order to maximize the torque and reduce its ripples which are important in salient machines. The control parameters are also optimized on a tidal cycle. The first criterion to be minimized on cycle is the torque ripples. Joule losses are added as a second criterion and Pareto fronts are deduced and analyzed. Finally, tests at no-load and also at load operations on a prototype 2 kW, 50 rpm validate the theoretical model developed

Ce travail s’inscrit dans le projet plus global SHARE dont l’objectif principal est de concevoir une station de contrôle sol universelle mono-opérateur de nouvelle génération pour le contrôle et la commande de drones à voilure fixe et voilure tournante.L’objectif de cette thèse est de développer un simulateur générique de la station de contrôle capable de simuler en temps réels les différents types de drones, les capteurs embarqués (caméra), l’environnement et les différentes missions militaires définies par le standard STANAG 4586. Après une modélisation des différentes parties de la station, nous présentons l’architecture adoptée pour le simulateur et le module de contrôle. Ce dernier est divisé en plusieurs niveaux hiérarchiques, dont le niveau supérieur contient les algorithmes de planification de trajectoire pour les drones à voilure fixe HALE (haute altitude, longue endurance). Ces algorithmes servent à calculer un chemin admissible entre un point de départ et un point d’arrivée en minimisant une fonction de coût.Enfin nous avons développé un système d’aide à la décision pour la gestion en ligne des missions, capable de réaliser une sélection d’objectifs, et une sélection du meilleur chemin proposé par les algorithmes de planification de trajectoire. Cet outil a pour objectif d’aider l’opérateur de la station à prendre la meilleure décision en maximisant les récompenses obtenues lors de la réalisation des objectifs et en minimisant certains critères tels que la consommation des ressources, le danger, les conditions météorologiques, etc. / The presented work is part of a larger project called SHARE, which consists in developing a universal new generation ground control station for the monitoring and the control of fixed and rotary wing UAVs (Unmanned Aerial Vehicle).The objective of this PhD thesis is to develop a generic ground control station simulator capable of simulating in real time different types of UAVs, onboard sensors, several flight environments, and various military missions which are defined according to the STANAG 4586 standard. First, we introduce the model of the different parts of the station, and then we present the architecture adopted for the simulator and the control module. The latter is divided into several hierarchical levels; the upper level contains the path planning algorithms for fixed wing HALE (High Altitude, Long Endurance) UAV. These algorithms are used to calculate an admissible path between initial and final position by minimizing a cost function.Finally, in order to manage missions online, we developed a decision support system that is capable of performing a variety of objectives. This system also supplies the operator the best paths proposed by planning algorithms. This tool aims to help the station operator to make the decision by maximizing the rewards obtained during the achieving the objectives and minimizing certain criteria (resource consumption, danger, weather,..).

Avec le développement de l'industrie électronique, on constate un nombre croissant de projets avec des contraintes matérielles et temporelles de plus en plus élevées, ce qui conduit à l'utilisation de FPGA (Field Programmable Gate Arrays). Pour cela, le concepteur doit avoir une bonne connaissance de la programmation VHDL car cela nécessite beaucoup de formation et de pratique pour maîtriser ces architectures. Mais même pour les spécialistes, le processus de développement prend beaucoup de temps. Par conséquent, le développement d'un outil pour aider les utilisateurs non experts à travailler sur FPGA est nécessaire.Des outils tels que Simulink+HDL coder proposent une interface graphique pour créer un design en posant des blocs sur un tableau et en les connectant. Malheureusement, ce type d’outil souffre de deux défauts. Le premier est qu'il ne prend pas en compte les caractéristiques physiques de l'architecture cible. L'autre est qu'il ne vérifie pas si les flux de données entrant sont traités correctement par le design. Cela oblige le développeur à créer de nombreux tests, ce qui est fastidieux et consommateur en temps. Par conséquent, ce n’est pas une solution adaptée pour produire des applications dans un environnement en temps réel et des contraintes matérielles strictes.Pour gérer la complexité et la taille croissante des designs, l’abstraction est devenue graduellement essentielle. Des modèles ont émergé afin de représenter un design comme un graphe d’acteurs (c.a.d. de blocs), avec une analyse statique de l’exécution du graphe. Néanmoins, ces modèles sont basés sur une description plus ou moins fidèle du comportement d’architecture réelles telles que les FPGAs.Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'étude d’un nouveau modèle et d’un nouvel outil logiciel pour aider les utilisateurs non experts à concevoir automatiquement des implémentations correctes de FPGA. Les principales contributions sont résumées comme suit:1. Les limitations des modèles SDF existants, en particulier ceux du modèle SDF-AP, sont décrites et illustrées par l'analyse d'exemples caractéristiques. Les deux problèmes les plus courants rencontrés dans les implémentations d'assemblages de blocs sont la production de résultats incorrects et la croissance infinie de la taille du tampon.2. Nous proposons un nouveau modèle appelé "Actors with Stretchable Access Patterns" (ASAP) qui décrit le comportement matériel de façon mins limitée que les approches antérieures. Il s'agit d'une manière originale de résoudre le problème d'ordonnancement des acteurs, adaptée aux FPGAs. Il permet de déterminer l'exactitude mathématique d'une exécution sans lancer de simulations complexes. Il peut non seulement modéliser correctement les comportements des acteurs, mais aussi éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus. Des algorithmes implémentant ces principes sont également fournis.3. Nous avons étudié des stratégies et des algorithmes connexes pour analyser un graphe représentant un design. L’exactitude du traitement peut être analysée par une série d'algorithmes permettant par exemple la vérification de la vitesse des flux et la vérification de la compatibilité des patterns. Il est ainsi possible de calculer la vitesse de décimation ou la longueur de délais à appliquer sur les entrées lorsqu'une erreur de correction est détectée.4. Un logiciel d’aide à la création de design est également développé. Il est appelé BlAsT (Block Assembly Tool) et vise à compenser les inconvénients des outils similaires tels que Simulink + HDL. Dans BlAsT, les algorithmes du modèle ASAP sont utilisés pour vérifier que pour un flux d'entrée donné, le système peut produire un résultat correct et finalement générer des codes VHDL directement utilisables sur une carte FPGA réelle. De plus, l'outil détermine automatiquement les décimations et les modifications requises. Ainsi, un utilisateur sans aucune compétence de programmation, est capable créer un design pour FPGA. / With the development of electronic industry, a growing number of projects require real-time streaming applications on embedded platforms. These comprise increasingly high hardware and timing constraints, which leads to the use of FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). Usually, the designer should have a good knowledge of programming with VHDL or Verilog HDL. Unfortunately, only specialists can do it, because this needs a lot of training and practices to master these architectures. Furthermore, even for specialists, the process of development is quite time consuming. Therefore, how to develop a tool to help non-expert users working on FPGA is a promising but challenging work.Tools like Simulink+HDL coder provide a graphical interface to create a design, by putting functional blocks on a layer and to connect them. Nevertheless, such tools are generally suffering from two flaws. One is that they do not take the physical characteristics of the target architecture of the application into account, including that of the selected FPGA. The other one is that they do not check whether a data stream is processed correctly by the design, besides creating many test-benches, which is tedious and time consuming for the developer. Therefore, they are not suitable to produce applications in real-time environment and high hardware constraints.In order to manage the ever-increasing size and complexity of designs, the abstraction is gradually more and more essential. Some models have emerged to represent a design as a graph of actors (i.e. blocks), with a static analysis of the graph execution. Nevertheless, they have an unfaithful description of the behavior real architectures like an FPGA.In this dissertation, we concentrate on the study of a novel model and software tool that can help non-expert users for automatic design of FPGA implementations correctly. The main contributions are summarized as follows:1. The limits of existing SDF models, in particular those of the SDF-AP model, are described and illustrated by the analysis of characteristic examples. The two most common problems encountered in block assembly implementations are the production of incorrect results and the infinite growth of buffer size.2. We propose a new model called Actors Stretchable Access Patterns (ASAP) that describes the hardware behaviors as efficiently and precisely as possible. This is a novel way to address the scheduling problem of actors, adapted to FPGA architectures. It opens the possibility to determine the execution correctness mathematically without launching complex simulations. It can not only model actors' behaviors properly, but also avoid the above mentioned drawbacks. Algorithms that implement these principles also provided.3. We investigate strategies and related algorithms to analyze a graph representing a designed system. Its correctness can be analyzed by a series of algorithms, such as sample rate checking and pattern compatibility checking. The decimation rate or the delay length to be applied on actor's input can be computed when a correctness failure is detected. This increases the number of possible real FPGA implementations covered by the block assembly method.4. A software tool based on the concept of functional block graph is also developed. It is called BlAsT (Block Assembly Tool) and aims to compensate the drawbacks of other tools based on the same concepts, as for example Simulink + HDL coder. In BlAsT, the proposed ASAP model and related algorithms are used to check that for a given input stream, whether the system can produce a correct result and finally generate VHDL code directly usable on a real FPGA-based board. Otherwise, the tool determines the required decimations and modifications on the graph automatically. It makes a user without any programming skills to make designs on FPGAs thanks to the friendly graphic interface.

Une assurance indicielle est proposée en réponse à l'augmentation des sécheresses impactant les prairies. Elle se base sur un indice de production fourragère (IPF) obtenu à partir d'images satellitaires de moyenne résolution spatiale pour estimer l'impact de l'aléa dans une zone géographique définie. Le principal enjeu lié à la mise en place d'une telle assurance réside dans la bonne estimation des pertes subies. Les travaux de thèse s’articulent autour de deux objectifs : la validation de l'IPF et la proposition d'amélioration de cet indice. Un protocole de validation est construit pour limiter les problèmes liés à l'utilisation de produit de moyenne résolution et au changement d’échelle. L'IPF, confronté à des données de référence de différentes natures, montre de bonnes performances : des mesures de production in situ (R² = 0,81; R² = 0,71), des images satellitaires haute résolution spatiale (R² = 0,78 - 0,84) et des données issues de modélisation (R² = 0,68). Les travaux permettent également d'identifier des pistes d'amélioration pour la chaîne de traitement de l'IPF. Un nouvel indice, basé sur une modélisation semiempirique combinant les données satellitaires avec des données exogènes relatives aux conditions climatiques et à la phénologie des prairies, permet d'améliorer la précision des estimations de production de 18,6 %. L’ensemble des résultats obtenus ouvrent de nombreuses perspectives de recherche sur le développement de l'IPF et ses potentiels d'application dans le domaine assurantiel.

La Radio/Hadron-thérapie consiste à déposer une dose létale de rayonnement dans la tumeur tout en réduisant l'impact de cette dose sur les tissus sains. Les mouvements internes, en particulier ceux engendrés par la respiration modifient la forme, la position et la densité des organes, source d'erreur et d'incertitude sur la position du dépôt de dose. Lorsque la tumeur se trouve sur un organe en mouvement, la dificulté majeure est de cibler la tumeur pendant le traitement. Cette incertitude sur la position rend indispensable la mise en place d'une stratégie permettant la prédiction du mouvement tumoral. Ceci permet en eet de guider le faisceau de rayons ionisants de sorte qu'il suive les mouvements tumoraux. De plus, le traitement par hadronthérapie nécessite également l'accès à une description précise de la densité de l'ensemble des organes traversés par le faisceau, car la position du dépôt maximal de l'énergie véhiculée par les ions (le pic de Bragg) en dépend. Malheureusement, le mouvement respiratoire est complexe et sa prédiction n'est pas une tâche simple – en particulier, la respiration est commandée par l'action indépendante des muscles de la cage thoracique et du diaphragme. Les techniques actuelles basées sur l'imagerie, telles que le Cone-Beam ou le recalage dé- formable d'images, tentent de prédire la position des tumeurs pulmonaires. Ces méthodes font l'hypothèse d'un mouvement reproductible de l'appareil respiratoire dans le temps. D'autres techniques basées sur l'emploi de deux caméras à rayons X (cyberknife, tracking mis au point par l'équipe du Centre carbone d'Heildelberg [HIT]) peuvent permettre la pré- diction de la position des tumeurs, quand leur segmentation et leur contourage automatique en temps réel est possible. Cependant, ces méthodes sont, si ce n'est risquées, invasives, et elles ne permettent pas de calculer l'évolution des organes environnants, une information indispensable pour déterminer la position du pic de Bragg. Ainsi déduire le mouvement de la tumeur à partir de seules séries d'images médicales apparaît comme insuffisant. Une solution peut alors résider dans le développement d'un modèle biomécanique patient-spécifique du système respiratoire intégrant la variabilité du mouvement respiratoire. Pour que ce modèle soit précis, il doit comprendre la modélisation de la cage thoracique, du diaphragme et des poumons. Il est tout aussi important que ce modèle puisse être piloté par des paramètres mesurés en externe (capteurs 3D, spiromètre, etc.) an de préserver un caractère non-invasif et de corréler le mouvement externe du thorax et de l'abdomen, ainsi que le ux d'air échangé avec les mouvements internes. Les changements de propriétés mécaniques des milieux traversés par le faisceau doivent également être modélisés an de satisfaire les besoins de l'hadronthérapie. / The 4D computational patient specic of the respiratory system could be potentially used in various medical contexts; for diagnosis, treatment planning, laparoscopic, dose computation or the registration between online imaging systems such as positron emission tomography (PET), computed-tomography (CT) as well as high delity and precise computer-based training simulators. The main novelty of this PhD project lies in the context of radiation therapy; we have developed a patient-specic biomechanical model of the respiratory system enabling the correlation of the internal organs motion with respiratory surrogate signal(s) during the treatment. This permits to take into account the respiratory motion variabilities. The deformation of the dierent structures is controlled and driven by simulated rib cage (mimic the external intercostal muscles) and diaphragm actions. For the diaphragm, we have applied the radial direction of muscle forces, and simple homogeneous dirichlet boundary condition is applied to the lower part of the diaphragm, which is attached to the rib cage. For each rib a rigid transformation is calculated automatically by nite helical axis method (rigid translation and rotation) and used to dene displacement boundary conditions. The resulting widening of the thoracic cavity forces the lungs to expand due to an applied negative pressure in the pleural cavity. Other novelty of the PhD project, that the amplitude of the lung pressure and diaphragm force are patient-specic, and determined at dierent respiratory states by an optimization framework based on inverse FE analysis methodology, by minimizing the volume lungs errors, between the respiratory volume (calculated from CT scan images at each state) and the simulated volume (calculated by biomechanical simulation). All other structures are linked to each other, but feature dierent deformation behavior due to the assigned material properties. Our results are quite realistic compared to the 4D CT scan images and the proposed physically-based FE model is able to predict correctly the respiratory motion

Le travail présenté concerne la modélisation d'actionneurs piézoélectriques utilisés comme générateur de vibrations mécaniques pour l'assistance à la mise en forme de matériaux massifs. L'actionneur multicouche est monté en mode encastré-libre et seule la direction de déplacement longitudinale est considérée dans le cadre de ces travaux de recherche. La modélisation est fondée sur l'application du principe d'Hamilton pour établir les équations du mouvement du système global. L'approche analytique utilise une décomposition modale pour résoudre les équations de fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique. Un modèle de type fonction de transfert entrées-sorties permet l'analyse des réponses dans les domaines temporel et fréquentiel. La difficulté du modèle analytique est de recalculer toutes les données modales dés que les conditions aux limites sont modifiées. Une approche par éléments finis placés selon la direction longitudinale de l'actionneur est également développée. Par comparaison au modèle analytique, une étude de la précision de modèle par éléments finis fonction du nombre d'éléments est effectuée. Les deux modèles développés sont ensuite couplés à un modèle analytique simplifié du procédé de forgeage basé sur des lois viscoplastiques afin de modéliser l'ensemble du procédé soumis à des vibrations mécaniques. Le principal avantage de ce modèle tient en la possibilité d'analyser et d'optimiser l'ensemble actionneur-procédé.Une comparaison entre les simulations par éléments finis sous Forge2008®, le modèle de couplage et les essais expérimentaux est présentée. Lors des essais, l'actionneur piézoélectrique alimenté par un onduleur de tension commandé en modulation à largeur d'impulsion fait vibrer la matrice inférieure à des amplitudes allant de 0 à et 80 um des fréquences entre 10 et 130Hz. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cas d'un écrasement plan est encourageante. La modélisation du comportement du dispositif expérimental constitue un élément de base d'un futur outil de conception des dispositifs mécaniques vibrants / The work presented concerns the modelling of piezoelectric actuators used as a generator of mechanical vibrations for assistance in shaping bulk materials. The multilayer actuator is set in clamped-free mode and only the direction of longitudinal displacement is considered in the context of this research. The modelling is based on the application of Hamilton principle to establish the equations of motion of the global system. The analytic approach uses a modal composition to solve the equations of operation of the piezoelectric actuator. A transfer function of Multiple-Input Multi-Output (MIMO) systems permits the analysis of the responses in time and frequency domains. The difficulty of the analytical model is to recalculate all the modal data when the boundary conditions are changed. A finite element approach placed along the longitudinal direction of the actuator is also developed. Compared to the analytical model, a study of the accuracy of finite element model function of the number of elements is performed. The two models developed are then coupled to a simplified analytical model of the forging process based on viscoplastic laws in order to model the entire process subject to mechanical vibrations. The main advantage of this model lies in the ability to analyze and optimize the entire process actuator. A comparison between the finite element simulations under Forge2008®, the coupling model and experimental tests is presented. During testing, the piezoelectric actuator fed by Pulse Width Modulated voltage inverter vibrates the lower die at amplitudes ranging from 0 to 80 um and frequencies between 10 and 130Hz. The comparison of experimental results and simulations in the case of upsetting process is encouraging. The modelling of the behaviours of the experimental device constitutes a basic element of a future design tool of vibrating mechanical devices

L'objectif de ce travail est de définir les processus d'accès et de diffusion des visiteurs sur les espaces naturels afin de construire un modèle dont le but est de simuler les répartitions probables des visiteurs et d'offrir un outil global de mesure et de suivi des évolutions quantitatives et qualitatives des déplacements et des fréquentations sur les espaces naturels, un outil destiné à l'aménageur. La démarche s'attache principalement à la détermination des processus de déplacements et de fréquentations sur les espaces naturels afin de construire un modèle de simulation cartographique d'accès et de diffusion des visiteurs sur les espaces naturels (logiciel FRED : FRéquentation Et Déplacement). Les déplacements vers et sur les espaces naturels sont soumis à un processus de choix, pourquoi ce site et pas un autre, et pourquoi ce massif et non pas le voisin ? Cette question ouvre sur l'attractivité des sites. En effet, si certains sites sont plus fréquentés que d'autres, c'est que nécessairement, ils attirent plus et qu'ils sont capables de capter plus de visiteurs que le site voisin. Ce phénomène interroge aussi le chercheur sur les fondements de l'attractivité d'un site. Cette interrogation est centrale dans le travail que nous menons, faut-il l'attribuer à son offre en activités, à sa position plus ou moins éloignée sur un territoire, à son milieu naturel ou à sa notoriété ? In fine la question est simple, pourquoi avons nous tant de visiteurs sur tels ou tels espaces naturels ? et pour quoi faire ? Si les loisirs sur les espaces naturels sont souvent associés à un usage gratuit de l'espace public, ils ont toutefois des coûts économiques induits par les impacts environnementaux consécutifs aux pressions anthropiques. Le plan de la thèse s'articule en trois parties focalisées autour de trois questions qui cernent les éléments que nous devons déterminer : • Comment les individus accèdent et se déplacent sur les espaces naturels et quels en sont les facteurs ? • Quels sont les processus de diffusion des flux d'individus sur un espace, quelles formes prennent-ils ? Et peut-on identifier des invariants dans les processus de déplacements ? • Peut-on modéliser ces processus afin d'élaborer un outil intelligible d'aide à la décision ? La première partie s'attache à montrer que la nature du tourisme tel qu'il est défini ne répond pas aux exigences de l'évaluation des fréquentations sur les espaces naturels induites par la croissance des fréquentations de proximités sur les espaces naturels. Depuis ces dernières années, nous avons pu observer une croissance des activités paratouristiques. Les populations résidentes consomment de plus en plus les équipements touristiques de leurs régions lors de leur temps libre et se mélangent aux populations de vacanciers. Les déplacements sur les espaces naturels ne peuvent plus être perçus comme une simple activité touristique que l'on consomme lors des vacances. Ils sont devenus si importants que l'on observe des phénomènes de saturation aussi bien sur les routes d'accès que sur les sites naturels et induisent des processus de prédation sur les milieux naturels. Nous avons ainsi identifié les trois principaux éléments en interactions qui forment le système de déplacements : le visiteur, le lieu et le réseau. Pour cela nous montrons que l'espace récréatif est un espace fonctionnel structuré et organisé en un réseau hiérarchisé de sites. Il détermine une "offre" sur laquelle vont s'organiser les pratiques récréatives spatiales des visiteurs. Nous appuyons notre travail sur une méthode qui analyse les formes de déplacements et de fréquentations sur les espaces naturels. La répartition des visiteurs s'articule autour de deux niveaux d'organisation des déplacements qui sont complémentaires et qui ne s'opposent nullement : • les formes de déplacements d'accès aux sites sur un réseau d'accueil qui s'opèrent sur des échelles kilométriques : les déplacements voiture, • les formes de diffusion des visiteurs sur les espaces naturels qui se font sur une échelle métrique ou hectométrique : les déplacements pédestres. Pour évaluer les déplacements sur les espaces naturels, nous avons intégré une double échelle des déplacements en fonction des comportements liés aux trois facteurs de la fréquentation d'un site : une nature protégée qui offre un dépaysement, une nature aménagée et sécurisée et une accessibilité pédestre des curiosités naturelles. Cette double dimension est dépendante de deux processus de déplacement : un déplacement voiture sur un réseau d'accueil de sites puis un ou plusieurs déplacements pédestres sur des sites naturels. Pour répondre à la dualité de l'analyse, nous avons à notre disposition plusieurs enquêtes et études de fréquentation que nous avons menées sur les Hautes Vosges et les PNR Normands. Les données recueillies et croisées avec d'autres études de fréquentations nous ont permis d'émettre l'hypothèse d'un espace fonctionnel capable de modifier des comportements de déplacements et d'orienter les répartitions des visiteurs sur les différents sites sur les espaces naturels. Nous adoptons cette approche, car nous avons constaté, lors des études de fréquentation qu'il n'existait pas de différence de diffusion sur les espaces naturels qui réponde à de tels critères. Nous avons plutôt observé des formes communes de pratiques récréatives sur les espaces naturels qui répondaient à des comportements communs de diffusion sur les milieux naturels et qui vont nous permettre de segmenter les populations de visiteurs en fonction des comportements de pratiques récréatives de diffusion. Quel que soit le type de visiteurs, résident ou vacancier, les déplacements s'inscrivent sur une durée bornée : la journée. Nous avons alors procédé à la classification des populations de visiteurs en fonction des types de diffusions spatiales sur les espaces naturels qui nous a permis d'obtenir trois groupes d'individus : les contemplatifs, promeneurs et randonneurs segmentés en fonction de comportements qui apparaissent communs à tous types de visiteurs - le déplacement pédestre - en fonction de comportements de diffusion bornés dans des aires radioconcentriques de 500, 1000 et 3000 mètres. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que les processus de déplacements relatifs à l'accès et à la diffusion sur les espaces naturels s'organisaient autour de trois éléments en interaction : le visiteur, le lieu ou le site et le réseau. La seconde partie a pour objectif de poser la formalisation analytique des interactions entre les trois éléments constitutifs de notre système de déplacement que nous avons identifiés. Nous avons ainsi mis au point un modèle gravitaire de simulation des déplacements de visiteurs sur un espace d'accueil (modèle FRED). L'intérêt du modèle consiste à formaliser deux déplacements sur deux échelles : le déplacement voiture puis le déplacement pédestre. La construction du modèle FRED de simulation s'appuie sur l'architecture d'un modèle gravitaire, qui définit, pour chacun des types de visiteur, les attractions des différents parkings ouvrant sur des sites naturels. Ces attractions sont calculées en fonction de la valeur du site ("offre spatiale naturelle") et des interactions produites avec les sites voisins. Le modèle FRED calcule alors, à partir des accessibilités à un point de départ du déplacement (une "ville porte"), la probabilité que possède un parking de fixer les quantités différenciées de visiteurs (contemplatifs, promeneurs et randonneurs). A partir de l'utilisation de la théorie des graphes et des travaux antérieurs du laboratoire du CESA sur l'utilisation de cette théorie concernant les transports, nous modélisons un réseau d'accueil touristique en un graphe défini par des arcs qui symbolisent les liaisons routières d'un espace régional et par des nœuds qui, mis en interrelation par les arcs, représentent les parkings ouvrant sur des espaces naturels. Le principe de la modélisation consiste à calculer pour chacun des types de visiteurs, contemplatifs, promeneurs et randonneurs leurs probabilités de répartition sur le graphe. Nous avons donc choisi de traiter les déplacements touristiques selon trois contraintes spatiales sous forme de fonction qui, nous semble-t-il, reprennent les trois principaux facteurs qui font qu'un site est susceptible d'être fréquenté. • Une offre spatiale naturelle, définie par le nombre de curiosités existantes et le nombre d'équipements et de services offerts par le site, • Les attractions qui s'exercent sur les sites entre eux, • L'accessibilité routière des parkings ouvrant sur des espaces naturels. En résumé, nous considérons qu'un site possède une offre d'activités relative qui lui est donnée par sa structure interne (nombre de curiosités naturelles, niveau d'aménagement) et qui sera plus ou moins attractive selon sa position dans le réseau. Dans la troisième partie, nous avons ainsi pu mettre en évidence plusieurs type de déplacements soumis à des phénomènes de seuils. Un premier déplacement d'accessibilité oscillant entre trois quart et une heure puis un second déplacement de redistribution sur le réseau d'accueil. Les résultats des différentes simulations sont traitées sous la forme cartographique. Les résultats sont intéressants puisqu'ils ont permis de déterminer des indicateurs spatiaux de déplacements qui montraient des pratiques récréatives très sélectives sur les espaces naturels. A partir des indicateurs associés aux contraintes spatiales, nous avons pu déterminer des seuils d'accessibilité, le poids du voisinage d'un site, et de son offre spatiale dans l'attractivité qu'il possédait dans le réseau d'accueil. C'est à dire qu'il nous est possible de définir le poids des contraintes spatiales dans l'attractivité des sites dans un réseau d'accueil et de répondre ainsi à la question sur le fondement de attractivité d'un site, est-ce sa position dans le réseau, sa structure interne ou son voisinage qui fait qu'un site est plus ou moins attractif et fréquenté.