Les nouveaux composants à semi-conducteur de type grand gap ont été développés pour des applications de conversion de puissance en raison de leurs hautes fréquences de commutation (de centaine kHz à quelques MHz) et pertes faibles. Afin de bien profiter ses avantages, la technologie des circuits imprimés (PCB) est intéressante pour une intégration à haute densité de puissance grâce à sa flexibilité et son faible coût. Cependant, à cause de la mauvaise conductivité thermique du matériau FR-4 utilisé pour le substrat PCB et la haute densité de puissance réalisée, il est primordial de trouver des solutions thermiques pour améliorer les performances thermiques de la structure de PCB. Dans cette thèse, trois solutions thermiques pour les structures de PCB ont été proposées, y compris des solutions avec des vias thermiques, de cuivre épais sur le substrat de PCB ainsi que des dispositifs de refroidissement thermoélectrique (TEC). Nos études sont basées sur la modélisation électrothermique et la méthode d’éléments finis en 3D. Tout d’abord, l’optimisation des paramètres des vias (diamètre, épaisseur de placage, surface formée par des vias, la distance entre des vias etc.) a été réalisée pour optimiser l’effet de refroidissement. Ensuite, on constate que les performances thermiques des structures de PCB peuvent être améliorées en utilisant cuivre épais sur le substrat de PCB. Cuivre épais augmente le flux thermique latéral dans la couche de cuivre. Les influences de l’épaisseur de cuivre (35 à 500 µm) ont été étudiées. Cette solution est facile à réaliser et peut être combinée à d’autres solutions de refroidissement. Enfin, le dispositif thermoélectrique comme les modules Peltier est une technologie de refroidissement local. Les influences des paramètres de Peltier (Propriétés du matériau thermoélectrique, nombre d’éléments Peltier, distance entre la source de chaleur et les dispositifs Peltier, etc.) ont été identifiées. Il est démontré que des modules Peltier ont l’application potentielle pour le développement d’intégration de PCB attendu que son active contrôle des températures. / The emerging wide bandgap (WBG) semiconductor devices have been developed for power conversion applications instead of silicon devices due to higher switching frequencies (from few 100 kHz to several MHz) and lower on-state losses resulting in a better efficiency. In order to take full advantage of the WBG components, PCB technology is attractive for high power density integration thanks to its flexibility and low cost. However, due to poor thermal conductivity of the commonly used material Flame Retardant-4 (FR4), efficient thermal solutions are becoming a challenging issue in integrated power boards based on PCB substrates. So it is of the first importance to seek technological means in order to improve the thermal performances. In this thesis, three main thermal management solutions for PCB structures have been investigated including thermal vias, thick copper thickness on the PCB substrate as well as thermoelectric cooling (TEC) devices. Our studies are based on the electro-thermal modeling and 3D finite element (FE) methods. Firstly, optimization of the thermal via parameters (via diameter, via plating thickness, via-cluster surface, via pattern, pitch distance between vias etc.) has been realized to improve their cooing performances. We presented and evaluated thermal performances of the PCB structures by analyzing the thermal resistance of the PCB substrate with different thermal vias. Secondly, it is found that thermal performances of the PCB structures can be enhanced by using thick copper thickness on top of the PCB substrate, which increases the lateral heat flux along the copper layer. Influences of the copper thickness (35 µm to 500 µm) has been discussed. This solution is easy to realize and can be combined with other cooling solutions. Thirdly, thermoelectric cooler like Peltier device is a solid-state cooling technology that can meet the local cooling requirements. Influences of Peltier parameters (Thermoelectric material properties, number of Peltier elements, distance between the heating source and the Peltier devices etc.) have been identified. All these analyses demonstrate the potential application of Peltier devices placed beside the heating source for PCB structures, which is a benefit for developing the embedding technology in such structures.

Malgré des résultats prometteurs, les procédés de mise en forme à grande vitesse sont encore peu utilisés dans l'industrie du fait d'un manque de compréhension du phénomène de Bande de Cisaillement Adiabatique (BCA).<br/>Ce travail présente le développement d'outils numériques permettant la simulation adaptative et l'analyse de BCA dans des procédés 3D de mise en forme à grande vitesse. L'utilisation du modèle ALE-adaptatif séquentiel développé dans le logiciel Forge3 permet pour la première fois la simulation automatique de BCA 3D. L'étude des résultats numériques permet de proposer une description innovante du processus de formation de BCA. Les moyens de calcul requis s'avérant très importants, un nouveau code éléments finis hautement parallèle appelé Forge++ est développé. Ce dernier inclut de nouveaux algorithmes tels que le couplage thermomécanique implicite, la méthode de stabilisation RFB et un recouvrement par patch parallèle pour une meilleure simulation de BCA.

Le contexte de ce travail est la modélisation CAO "tel que construit" de grandes structures industrielles numérisées (usine, ...). L'environnement existant est tout d'abord numérisé à l'aide d'un scanner laser. Les données ainsi obtenues prennent la forme d'un nuage de points 3D non-structuré et non-homogène. L'étape suivante consiste à segmenter ce nuage de points et reconstruire les différentes surfaces constituant le modèle CAO de la scène. Les environnements industriels génèrent des scènes complexes par le nombre de données et d'éléments présents, mais qui se décrivent par des primitives géométriques simples: plan, sphère, cylindre, cône, tore. Les outils actuels traitant les nuages de points 3D ne permettent pas de réaliser cette segmentation de manière automatique. <br /><br />Dans cette thèse, des algorithmes ont été développés dans ce but. L'attention a en particulier été portée sur la segmentation des lignes de tuyauterie. Les solutions logicielles implémentées dans ce cadre ont été validées par des tests auprès d'utilisateurs experts des outils actuels. Les méthodes développées se caractérisent par l'utilisation au cours de la segmentation de primitives géométriques contraintes, issues de connaissances "métier" (par exemple relations de continuité ou de tangence). L'ajustement de primitive géométrique est un élément de base au sein de ces travaux. Les procédés mis en œuvre, qui utilisent une définition véritablement géométrique des primitives, montrent de bonnes performances en pratique. D'autre part, l'un des problèmes majeurs concerne les moyens de valider le modèle ajusté. La question de la validation de modèle géométrique a été examinée. Nous présentons des méthodes originales construites à partir d'outils statistiques. Enfin, une autre contribution de cette thèse se situe au niveau des algorithmes d'extraction de primitives géométriques d'un nuage de points. Les méthodes présentées ont été appliquées dans le contexte des lignes de tuyauterie, mais semblent également pertinentes pour résoudre la question plus générale de la modélisation totalement automatique d'un environnement numérisé.

Dans le domaine de la modélisation du brouillard ou des nuages bas, la compréhension précise des interactions complexes entre la turbulence, la microphysique, et le rayonnement reste un enjeu majeur pour améliorer la prévision numérique. Si l'amélioration de la modélisation du brouillard est un enjeu important pour la prévision dans le domaine du transport, elle l'est aussi dans le domaine industriel en raison de ses rejets atmosphériques (aéroréfrigérants industriels, brouillards pollués . . . ). La version 1D de Code_Saturne a été utilisée pour la simulation du brouillard sur les données de la campagne ParisFog réalisée sur le site du SIRTA pendant l'hiver 2006-2007. La simulation des cas observés a permis de montrer que le modèle était capable de reproduire correctement les principaux processus mis en jeu dans le brouillard depuis sa formation jusqu'à sa dissipation. Une étude de sensibilité aux différentes paramétrisations physiques choisies a montré que la dynamique du brouillard est particulièrement sensible à la fermeture turbulente, la teneur en eau à la sédimentation, et le spectre des gouttes au schéma de nucléation. La mise en oeuvre de Code_Saturne 1D sur une longue période en mode prédictif a montré la robustesse de nos choix et l'apport du couplage par nudging avec un modèle de méso-échelle à 36 heures d'échéance. La version 3D de Code_Saturne nous a permis d'étudier l'effet des hétérogénéités spatiales du site SIRTA sur la formation du brouillard. Dans un premier temps, les calculs ont été effectués sur le site considéré comme homogène horizontalement, sans la prise en compte des hétérogénéités. Il s'agissait ici de comparer la version 3D de Code_Saturne en mode RANS avec l'ensemble des paramétrisations physiques concernant le brouillard avec la version 1D. Ensuite, les effets de la prise en compte de la rugosité, des zones boisées et des bâtiments ont été étudiés.

Une capsule est une goutte de liquide enveloppée par une membrane fine et déformable. Les propriétés mécaniques de la membrane sont essentielles pour le mouvement de la capsule. L’analyse de l’écoulement d’une suspension de capsules dans un canal microfluidique au moyen d’un modèle mécanique est une technique permettant de déterminer les propriétés élastiques de la membrane. Un modèle numérique tridimensionnel a été développé pour résoudre ce problème d’interaction fluide-structure en écoulement confiné. Il couple une méthode des intégrales de frontières pour les écoulements des fluides et une méthode éléments finis pour la déformation de la membrane. Le modèle est utilisé pour étudier l’écoulement d’une capsule initialement sphérique dans des canaux de différentes sections. Dans un canal cylindrique, on montre que l’effet de confinement du canal conduit à la compression de la capsule. Cela engendre la formation de plis sur la membrane autour de l’axe de l’écoulement, phénomène également observé expérimentalement. Dans un canal de section carrée, les effets de la loi constitutive de la membrane, du rapport de taille et du débit d’écoulement sur la déformation de la capsule sont systématiquement étudiés. La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques nous permet de déduire les propriétés mécaniques de la membrane d’une population de capsules artificielles. Ce travail démontre la faisabilité de la mesure de propriétés mécaniques d’une membrane en utilisant une technique microfluidique en canal carré. Il pourrait être étendu par l’étude d’écoulements instationnaires dans un canal de section variable ou avec bifurcations. / A capsule is a liquid droplet enclosed by a thin and deformable membrane. The membrane mechanical properties are critical for the deformation and motion of capsules. The flow of a capsule suspension through a microfluidic channel with dimensions comparable to those of the suspended particles can be used to infer the membrane elastic properties. However a mechanical model of the process is necessary. We present a three-dimensional numerical model to simulate such fluid-structure interaction problem. We use a novel numerical model that couples a boundary integral method for the internal and external fluid flows and a finite element method for the membrane deformation. The model is applied to study the flow of an initially spherical capsule in channels with different cross-sections. In a cylindrical channel with circular cross-section, we show that the confinement effect leads to the compression of the capsule in the hoop direction. The membrane tends to buckle and to fold as observed experimentally. In a microfluidic channel with a square cross-section, the effects of the membrane constitutive law, size ratio and flow strength on the capsule deformation are systematically studied. The comparison between experimental and numerical results allows us to deduce the membrane mechanical properties of a population of artificial capsules. The present work shows that it is possible to measure the membrane mechanical properties by using a microfluidic channel with a square cross-section. It can be extended to unsteady capsule flows in a channel with variable cross-sections or bifurcations.

L’objectif de ce travail est d’étudier la dynamique du bouchon vaseux, ainsi que la dynamique saline, dans l’estuaire de la Gironde. La stratégie adoptée consiste à examiner, par le biais du modèle de simulation SIAM-3D, l’impact du paramétrage hydro-sédimentaire, du débit fluvial et de la bathymétrie, sur le comportement des sédiments et sur l’évolution de la salinité. L’effet de la vitesse de chute sur la dynamique sédimentaire est l’un des cas étudiés ; son impact sur la distribution des suspensions est considérable. Ainsi, la diminution de ce paramètre entraîne l’homogénéisation de la concentration sur la verticale, mais aussi l’étalement du bouchon vaseux et l’évacuation d’une masse de sédiment hors de l’estuaire. Nous avons également mis en évidence lors d’une période de débits moyens ou faibles précédée par une crue, la partition du bouchon vaseux simulé en deux masses turbides, l’une remonte l’estuaire alors que l’autre se maintient en aval. La dynamique saline a été étudiée, entre autres, par l’analyse des gradients de salinité, calculés dans l’estuaire aval et en situation de forts débits. On observe, la diminution de ces gradients avec l’augmentation de l’intensité de la marée à l’échelle des cycles vives-eaux/mortes-eaux, toutefois, de fortes valeurs sont maintenues lors de la phase d’augmentation de cette grandeur à l’échelle de la marée. D’autres résultats ont permis de vérifier la capacité du modèle à simuler des dynamiques sédimentaires observées in-situ ; on peut citer entre autres, le détachement du bouchon vaseux de la rive gauche dans l’estuaire aval et son transfert vers la rive droite, en situation de forts débits. Afin d’évaluer l’impact de l’évolution du fond des fleuves de 1959 à 2002 sur l’hydrodynamique et les dynamiques sédimentaire et saline, nous avons comparé deux simulations, l’une effectuée avec l’ancienne bathymétrie de 1959, l’autre avec la nouvelle bathymétrie de 2002. Les résultats montrent l’augmentation de la masse sédimentaire dans les fleuves avec la bathymétrie de 2002 comparée à celle de 1959, ainsi que la hausse de la salinité dans la Garonne et l’amplification de la marée dans la Dordogne. Ces résultats sont en accord avec les mesures et observations in-situ. / The aim of this work is to study the turbidity maximum dynamics as well as the salinity dynamics in the Gironde estuary. The adopted strategy consists in analysing, by means of the SIAM-3D simulation model, the impact of hydro-sedimentary parameters, the fluvial flow and the bathymetry on sediment behaviour and salinity evolution. The effect of settling velocity on sediment dynamics is one of the studied cases; its impact on suspended sediment distribution is goodly. Thus, the diminution of this parameter leads to homogenisation of concentration in water column, but also spreading the turbidity maximum and evacuation of a sediment mass outside the Gironde estuary. We gave also prominence to the division of the turbidity maximum into two parts during low or mean water flow preceded by peak high water discharge, one of the parts migrates upstream whereas the other remains downstream. We studied the salinity dynamics, among others things, by means of analysing the calculated salinity gradients in the lower estuary during high water discharge. We observe the decrease of these gradients with increase of the tide intensity on a scale of spring tides/neap tides cycles, however, on a scale of tide, these gradients reach high values during the augmentation phase. Others results indicate the model capacity to simulate in-situ observations of the sediment dynamics; for example, the detachment of turbidity maximum from the left bank in the lower estuary and its transfer to the right bank during high water discharge. In order to evaluate the impact of the bed river evolution from 1959 to 2002 on hydrodynamics, sediment and salinity dynamics, we compared two simulations performed using the former (1959) and recent (2002) bathymetries. The results demonstrate that the sediment mass increase in the rivers with recent bathymetry, as well as, the salinity in the Garonne river and the tide amplitude in the Dordogne river. These results are in accordance with the in-situ measures and observations.

Le développement des structures de grains se formant durant les procédés de soudage par fusion a un large impact sur les propriétés et la résistance mécaniques des assemblages. Des défauts, tels que la fissuration à chaud, sont aussi liés à la texturation de grains propre à l'étape de solidification. La simulation directe du développement tri-dimensionnelle (3D) des structures de grains dans ces procédés, à l'échelle industrielle, est rarement proposée. Dans ce travail, une modélisation couplée 3D Automate Cellulaire (CA) – Eléments Finis (FE) est proposée pour prédire la formation des structures de grains dans les procédés de soudage multipasses GTAW (Gas Metal Arc Welding) et GMAW (Gas Metal Arc Welding). A l'échelle macroscopique, la modélisation FE permet la résolution des équations de conservation de la masse, de l'énergie et de la quantité de mouvement pour l'ensemble du domaine en s'appuyant sur un maillage adaptatif. Pour le procédé GMAW avec apport de matière, le modèle FE est enrichi et développé dans une approche level set (LS) afin de modéliser l'évolution de l'interface métal / air due au développement du cordon de soudure. Le domaine FE contient ainsi la pièce étudiée et l'air environnant dans lequel le cordon se développe. Les calculs FE sont couplés avec l'approche CA utilisée pour modéliser le développement de la structure de grains. Un maillage fixe (‘maillage CA') est superposé au maillage adaptatif FE (‘maillage FE'). Les champs macroscopiques propres au maillage FE sont ainsi interpolés entre le maillage adaptatif FE et le maillage fixe CA. Une nouvelle stratégie d'allocation / désallocation de la grille de cellules CA est ensuite utilisée basée sur l'allocation / désallocation des éléments du maillage CA. La grille CA est constituée d'un ensemble régulier de cellules cubiques superposées au domaine soudée. A l'échelle micro-, la grille est utilisée afin de simuler les étapes de fusion et solidification, à la frontière entre le domaine pâteux et le bain liquide, durant le processus de soudage. Les évolutions de températures des cellules sont définies par interpolation du maillage CA. Un couplage du modèle avec les chemins de solidification et les évolutions enthalpiques tabulés est aussi implémenté, permettant de suivre la thermique et les évolutions de fractions de phase propre à l'évolution du procédé. Avec de réduire les temps de calcul et la quantité de mémoire informatique nécessaire à ces simulations, une optimisation des maillages FE/CA et des tailles de cellules CA est proposée pour les deux approches FE et CA. La modélisation 3D proposée est appliquée à la simulation de la formation des structures de solidification formées durant le soudage GTAW et GMAW multipasses de pièces d'acier inoxydables de nuances UR 2202. Dans le procédé GTAW, l'influence de l'évolution des structures de grains selon les paramètres procédés est étudiée. L'orientation normale des grains avec l'augmentation de la vitesse de soudage est montrée. Dans le procédé GMAW, la modélisation permet de simuler la refusion et la croissance des grains des couches successives. De manière générale, les structures de grains prédites montrent qualitativement les évolutions attendues présentées dans la littérature. / Grain structure formation during fusion welding processes has a significant impact on the mechanical strength of the joint. Defects such as hot cracking are also linked to the crystallographic texture formed during the solidification step. Direct simulation of three-dimensional (3D) grain structure at industrial scale for welding processes is rarely modeled. In this work, a 3D coupled Cellular Automaton (CA) – Finite Element (FE) model is proposed to predict the grain structure formation during multiple passes Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Gas Metal Arc Welding (GMAW). At the macroscopic scale, the FE model solves the mass, energy and momentum conservation equations for the whole system based on an adaptive mesh. For GMAW with metal addition, the FE model is enriched and established in a level set (LS) approach in order to model the evolution of the metal/air interface due to the weld bead development. The FE domain then contains the workpiece and the surrounding air where the weld bead forms. FE computations are coupled with the CA approach used to model the grain structure evolution. A fixed mesh, referred to as CA mesh, is superimposed to the adaptive FE mesh. FE fields are interpolated between the adaptive FE mesh and the fixed CA mesh. A new dynamic allocation/deallocation strategy of a CA grid of cells is then used based on the dynamic activation/deactivation of the elements of the CA mesh. The CA grid is made of a regular lattice of cubic cells superimposed onto the welded domain. At the micro scale, this grid is used in order to simulate the melting and solidification steps at the boundaries between the mushy domain and the liquid pool during the welding process. The temperature evolutions of the cells are computed by interpolation from the CA mesh. Coupling with tabulated transformation paths and phase enthalpy is also implemented, which permits to track the phase amount and latent heat release during the process. In order to master the resolution time and memory cost of the simulations, a management of the FE/CA mesh dimensions and CA cell size is considered for both FE and CA models. The 3D CAFE model is applied to simulate the formation of solidification structures during multiple passes GTAW and GMAW processes on a duplex stainless steel UR 2202. In GTAW, the evolution of the grain structures with respect to the welding process parameters is considered. The normal orientation of the grains with the increase of the heat source velocity is shown. In GMAW, the model is shown to compute the remelting and growth of successively deposited layers. Overall, the predicted structures qualitatively reveal the expected evolutions presented in the literature.

La numérisation est un procédé qui consiste à enregistrer un objet dans un ordinateur pour pouvoir ensuite le manipuler à l'aide d'outils informatiques. Nous nous intéressons dans ce manuscrit à la numérisation d'objets tridimensionnels. Il s'agit tout d'abord d'enregistrer leur forme. De nombreuses méthodes ont été développées pour répondre à ce problème, et nous nous concentrerons sur les objets représentés par des maillages. Sur ces objets, il est alors utile de pouvoir représenter des attributs tels que la couleur, la température ou la charge électrique, selon l'application. Nous proposons deux approches complémentaires pour aborder ce problème. La première est fondée sur le placage de textures. Cette technique consiste à déplier (paramétrer) le maillage à plat sur une image dans laquelle l'attribut est stocké. Une valeur récupérée dans l'image est ainsi associée à chaque point de l'objet. Nous proposerons une méthode permettant de masquer l'artéfact des coutures qui est inhérent à cette technique. Déplier le maillage nécessite qu'il soit de bonne qualité, ce qui n'est pas toujours le cas. Nous décrivons donc également dans un second temps une approche de l'échantillonnage d'une surface via un diagramme de Voronoï restreint. Nous expliquons en particulier comment calculer efficacement un tel objet et comment l'optimiser par rapport à un critère de qualité. Ces résultats sont ensuite appliqués au problème de l'ajustement de surfaces / Digitalisation is an operation which consists in storing an object in a computer for further manipulation using data processing tools. In this document, we are interested in the digitalisation of three-dimensional objects. It is first a matter of recording the shape of the object. Many methods have been developed to address this problem, and we will focus on objects described as meshes. On such objects the storage of attributes like colour, temperature or electrical charge is often useful, depending on the application. We will describe two complementary approaches to deal with this issue. The first one relies on texture mapping. This technique consists in unfolding ? parametrising ? the mesh on a flat image in which the attribute is stored. A value recovered from the image can therefore be associated with each point of the object. We will describe a method which hides the seam artifact, commonly encountered using this technique. Unfolding the mesh demands that its quality be good, which is not always the case. We thus secondly describe a surface sampling method based on a restricted Voronoï diagram. We especially detail how to efficiently compute such an object and how to optimise it with respect to some quality measure. These results are then applied to the surface fitting problem

L'utilisation des structures sandwichs composées d’âme en nid d'abeilles et de peaux a considérablement augmenté ces dernières années dans plusieurs secteurs industriels tels que l’aéronautique, l’aérospatiale, le navale et l’automobile. Cet intérêt croissant pour ces matériaux alvéolaires est principalement lié à leur faible densité et meilleur rapport masse/rigidité/résistance en comparaison avec les alliages métalliques ou les matériaux composites classiques. Cependant, leur constitution rend souvent les opérations de mise en forme par usinage compliquées et difficile à mener à cause de l’usure prématurée des outils coupants et l’endommagement important induit en subsurface des pièces. En effet, les vibrations importantes des parois minces du nid d’abeilles sont une source de plusieurs problèmes comme la mauvaise qualité des surfaces usinées, les fibres non coupées, délaminage, défauts, etc. Les travaux de cette thèse s’intéressent à la compréhension du comportement des structures nids d’abeilles composite (Nomex®) et métallique (aluminium) en usinage. L’enlèvement de matière par fraisage présente pour ces matériaux plusieurs verrous scientifiques et technologiques. Une analyse expérimentale a permis d’identifier dans un premier temps les phénomènes physiques mis en jeu lors de la formation des copeaux et les interactions entre les arêtes de coupe et les parois minces des cellules de la structure alvéolaire. Un intérêt particulier a été porté sur la caractérisation des défauts induits dans le matériau par les différentes parties composant la fraise, le déchiqueteur et le coteau. Deux protocoles expérimentaux ont été mis en place afin de qualifier la qualité et l’intégrité des surfaces usinées. Ils tiennent compte de la particularité des âmes en nid d'abeilles : composite ou métallique, leur géométrie alvéolaire, leur densité et l’épaisseur fine des parois. Un nouveau critère de qualité a été établi et proposé en tant qu’indicateur d’endommagement pour le suivi de l’état des surfaces alvéolaires fraichement usinées. Basée sur l’analyse statistique de Taguchi, une hiérarchisation des paramètres d’usinage et leur influence sur le comportement de ces matériaux ont été ensuite réalisées. Par ailleurs, l’usure des outils de coupe a été étudiée selon le couple outil-matériau usiné et les conditions de fraisage choisies. Comme l’a montré l’étude expérimentale, l’optimisation des paramètres d’usinage via une approche expérimentale seule est souvent longue et coûteuse. La simulation numérique peut apporter une aide complémentaire et constituer un outil intéressant pour l’analyse de la physique de la coupe des nids d’abeilles. Dans cette optique et en deuxième partie de la thèse, un modèle numérique par éléments finis a été spécifiquement développé pour la simulation du fraisage 3D des matériaux nids d’abeilles. Pour le Nomex®, deux lois de comportement mécanique couplées avec l’endommagement ont été identifiées et implémentées via la subroutine VUMAT dans Abaqus explicit. Pour simuler la formation des copeaux, deux critères de rupture (Hashin et Tsai-Wu) avec chute de rigidité ont été exploités. Les résultats du calcul numérique et ceux des essais expérimentaux ont montré une bonne concordance en termes de mécanismes de formation des copeaux, d’efforts de coupe et de modes d’endommagement / The use of sandwich structures made with honeycomb core and skins has considerably increased these last years in several industrial sectors such as aeronautics, aerospace, naval and automotive. This growing interest for the alveolar materials is mainly related to their low density and better mass/stiffness/strength ratio compared to metal alloys or conventional composites. However, their constitution makes machining operations complicated and difficult to control because of the premature cutting tool wear and the significant damage induced in the workpiece. In fact, the important vibrations of the thin honeycomb walls are a source of several problems such as the poor surface quality, uncut fibers, delamination, defects, etc. This work deals with the understanding of the honeycomb composites behavior and metallic during machining. The material removal process by milling of these materials presents several scientific and technological challenges. Firstly, an experimental analysis has been used to identify the physical phenomena involved during the chip formation process and generated by the interactions between the cutting edge and the honeycomb cell walls. A particular interest was focused on the characterization of defects induced in the material by different parts of the cutter, the shredder and the saw blade. Two experimental protocols have been set up to qualify the quality and integrity of the machined surface. They consider the particularity of the honeycomb cores: composite or metallic, their geometry, and the thin wall thickness. A new quality criterion has been established and proposed as a damage indicator to monitoring the machining process and choice optimal cutting conditions. Based on Taguchi's statistical analysis, a hierarchy of the machining parameters and their influence on the behavior of these materials have then realized. In addition, the wear of cutting tools has been studied according to the selected tool-material couple and milling conditions. The optimization of machining parameters is often long and expensive only via experimental approach. Modelling and numerical simulation can provide complementary support with an interesting numerical tool to analyze the physics of cutting honeycombs. In this perspective and in the second part of the PhD thesis, a finite element numerical model has been especially developed for the 3D milling operation. For Nomex®, two coupled mechanical-damage behavior laws have been identified and implemented in Abaqus explicit subroutine VUMAT. To simulate the chip formation process and induced subsurface damage, two fracture criteria (Hashin and Tsai-Wu) with stiffness degradation concept have been operated. The comparison between the numerical simulation results and experimental data shows a good agreement in terms of the chip formation mechanisms, cutting forces and damage modes

Le phénomène de suffusion correspond à la migration des particules fines érodées dans un milieu poreux sous l'action d’un flux hydraulique. Ce mécanisme pourrait être la cause principale des ruptures des remblais et des barrages en terre. De nombreuses études expérimentales ont été menées pour comprendre la suffusion et mettre en évidence les phénomènes couplés associés. Au niveau numérique, on trouve beaucoup de modèles analytiques et numériques mais rares sont ceux qui prennent en compte l’arrachement des particules, leur transport et leur dépôt éventuel (par un processus de colmatage ou pour des vitesses d’écoulement suffisamment faibles).En se basant sur une loi d’écoulement de type Darcy, sur la loi d’érosion de Papamichos et al (2001) modifiée par Bendahmane (2005)et sur une loi d’évolution de la viscosité de fluide (relation d’Einstein), nous développons une nouvelle approche hydromécanique de la suffusion. La résolution numérique du problème est réalisée par la méthode des éléments finis. Deux aspects sont présentés: le cadre général du modèle proposé (réalisé en 2D) avec une étude paramétrique et la validation du modèle avec une modélisation 3D réalisée avec le modèle géométrique de l’essai (Cross Erosion Test) (CET), ce qui permet de décrire à la fois les phénomènes d’érosion, de transport et de dépôt des particules érodées dans un milieu poreux saturé.Pour cela, nous avons choisi un outil de modélisation approprié à la représentation de phénomènes couplés tels que ceux mobilisés par l’érosion interne. Le logiciel Comsol-Multiphysics 3.4b, basé sur la méthode des éléments finis, a été retenu car il permet d’implanter relativement facilement de nouvelles équations constitutives des phénomènes. Dans un deuxième temps, le modèle a été validé sur des expériences de référence reflétant les phénomènes étudiés. Nous avons utilisé les résultats expérimentaux de Nguyen (2013) qui a mis au point un nouveau dispositif expérimental au laboratoire 3SR appelé " l'Essai d’Érosion Transverse " ou Cross Érosion Test. Deux types de sol ont été considérés : un sol gravelo-sableux(noté S3) et un sol limoneux de l’Isère (noté S4 et S4-a).Afin de discuter des aspects transitoire et dynamique du phénomène de suffusion, les vitesses d’écoulement, les gradients hydrauliques, la distribution de la porosité et de la perméabilité, la distribution de la concentration des particules érodées en suspension, et enfin la masse érodée sortantes ont mesurés au cours du temps et comparés aux résultats du modèle physique. / The phenomenon of Suffusion corresponds to the migration of fine eroded particles in a porous medium under the action of an internal water flow. This mechanism could be the main origin of damage in embankments and earth dams. Many experimental studies have been done to analyse the suffusion but actually understanding this phenomenon appears as a major scientific challenge. On the other hand, numerically, only a few studies were found which associate the mechanisms of detachment, transport and deposition of eroded particles.Based on the Darcy’s law model, the erosion model of Papamichos et al (2001) modified by Bendahmane (2005) and the fluid viscosity evolution law (Einstein relation), we developed a new hydro-mechanical approach of suffusion. The numerical solution of the problem is carried out by using a finite element method. Two aspects are presented: first, the general framework of the proposed model (implemented in 2D) with a parametric study and then the validation of the numerical model realized with a 3D study of the geometric model of the experimental study of Cross Erosion Test (CET). This model describes the three phenomena of suffusion: erosion, transport and deposition of eroded particles in a saturated soil.Furthermore, the numerical modeling of coupled phenomena of internal erosion is performed using the commercial software "Comsol Multiphysics-3.4b". However, to validate the model, experimental results on two types of soil: sandy gravel soil (S3) and the silt of Isère (S4 and S4-a) are used. These results are found in the PhD thesis of Nguyen(2013) who has developed a new apparatus called Cross Erosion Test (CET).Moreover, to discuss the transient and dynamic aspects of the phenomenon, the evaluation of the mass conservation with different figures of flow velocity, hydraulic gradient, hydraulic head, porosity and permeability distribution, concentration distribution, and of outgoing eroded particles, are measured over time and compared with experimental results.