A l'Etna, des études géodésiques récentes, notamment en interférométrie radar, ont mis en évidence des mouvements de grandes échelles affectant les flancs de ce volcan. Ces études s'appuient sur des bases de données ne comprenant que des interférogrammes en orbites ascendantes ou seulement quelques scènes ERS. Nous avons complété la base de données existante et analysé ensuite plus de 600 interférogrammes pour des orbites ascendantes et descendantes. La nouvelle base de données couvre une période de près de 8 ans entre septembre 1992 et août 2000. Notre étude a révélé que les déplacements des flancs Sud et Sud-Est de l'Etna apparaissent en mars 1996. Ils s'amortissent lentement et disparaissent en août 1998. L'utilisation des données interférométriques ERS acquises en orbites ascendantes et descendantes, peu sensibles à la composante Nord-Sud du mouvement, nous a permis de calculer les déplacements Est-Ouest et verticaux affectant le flanc Sud-Est de l'Etna pendant cette période. Le long des failles de Mascalucia-Trecastagni-Tremestieri (MTT) et de Ragalna, les déplacements normaux et dextres sont essentiellement horizontaux avec une faible composante normale. Au niveau d'une ride anticlinale à la base du flanc Sud de l'édifice, les déplacements sont essentiellement verticaux et correspondent à un soulèvement de cette ride. Nous avons également pu mettre en évidence que certaines portions de ces structures ont été actives avec des taux beaucoup plus faibles entre janvier 1999 et novembre 2000. Dans les deux cas, l'apparition de ces mouvements coïncide avec des évènements éruptifs explosifs dans la zone sommitale indiquant un lien entre le fluage le long des structures des flancs Sud et Sud-Est et l'activité volcanique. La zone d'activité de ces structures représente une zone clé de la compréhension de la géodynamique de l'Etna puisque c'est la région où les modèles proposés dans la littérature diffèrent. Aussi, nous avons mené une étude en modélisation numérique afin d'expliquer des déplacements observés et proposer un modèle d'évolution géodynamique de l'Etna. Notre étude a montré que le champ de déplacements était compatible avec un champ de contraintes variable avec la profondeur et la présence de deux plans de glissements sous l'édifice. Un premier plan de glissement profond, situé sous le flanc Sud et soumis à une compression régionale orientée N 170°, explique le soulèvement le long de la ride anticlinale. Un deuxième plan de glissement limité au Nord par la faille de Pernicana-Provenzana, à l'Ouest par les rifts zones et au Sud par les failles de MTT, guidé vers la mer ionienne par les contraintes gravitaires et une extension régionale orientée N 95° serait à l'origine des déplacements du flanc Est. Notre étude a également établi que des injections magmatiques au niveau des rifts zones n'étaient pas le moteur des glissements. Nous proposons, par contre, pour expliquer le lien entre les déplacements et les évènements éruptifs que les contraintes magmatiques sont le déclencheur des mouvements de flanc.

La simulation numérique des procédés de transformation des matériaux est un domaine de recherche vaste et multidisciplinaire : il met en jeu essentiellement la thermomécanique des milieux continus, la science des matériaux et l'analyse numérique. Les deux premières parties de ce document présentent les résultats de recherches en simulation des procédés de compaction des poudres d'une part, et de soufflage des polymères d'autre part. Cet aspect est illustré par six articles sélectionnés, deux sur les poudres et quatre sur les polymères. Le reste du document est consacré à la modélisation des procédés de solidification, objet de l'essentiel de l'activité récente de l'auteur. En particulier, sont présentés les aspects relatifs à la simulation des phénomènes thermomécaniques en solidification (section ‎3) en insistant sur les formulations arbitrairement lagrangiennes-eulériennes, très utiles dans ce contexte (section ‎4). La section 5 est centrée sur quelques exemples d'application de ces méthodes à la coulée de pièces en moule ainsi qu'à la coulée continue (section ‎5). Enfin, la modélisation effectivement biphasique du milieu semi-solide fait l'objet d'un développement détaillé (section ‎6).

L'évolution historique des types et techniques de production agricole a causé celle de l'organisation paysagère, via les parcellaires notamment. Les bordures de parcelles créent des discontinuités dans les processus d'érosion-dépôt de sol. L'objectif est ici de comprendre l'effet du parcellaire et de son évolution sur la distribution actuelle des sols et la morphologie des versants. Un versant cultivé (16 ha) dans le SW du Bassin Parisien a été étudié. La distribution spatiale de figures morphologiques linéaires et de l'épaisseur des sols a été analysée. Les deux types de figures identifiés correspondent à des épaississements de sols (dépôts) induits par des bordures de parcelles, pérennes depuis plusieurs siècles pour les premières, et disparues en 1967 (remembrement) pour les secondes. Ces épaississements ont été cartographiés grâce à une analyse statistique (CART) de la morphologie du versant. L'étude de traceurs granulométriques et minéralogiques (SEDI) a permis d'identifier les processus d'érosion-dépôt impliqués. La solifluxion périglaciaire puis le ruissellement auraient affecté l'ensemble du versant avant la pérennisation d'un parcellaire. Puis, des processus hydriques et aratoires ont agi dans des unités (parcelles) fixées par des bordures : les plus pérennes (1000 ans) montrent les dépôts les plus marqués (banquettes). La distribution spatiale du 137Cs et sa conversion en taux d'érosion (modélisation numérique) ont permis d'évaluer l'implication relative des processus hydriques (15%) et aratoires (85%) depuis 1954. Le remembrement parcellaire de 1967 s'avère avoir favorisé l'érosion des sols, convertissant des zones de rétention en zones sources (ondulations).

Parmi les processus d'érosion, l'incision des rivières est classiquement décrit comme un processus clé contrôlant l'érosion des paysages. L'efficacité de l'incision est principalement influencée par le climat et par l'érodabilité. Ce dernier paramètre ne dépend pas seulement de la nature du substratum rocheux, mais aussi de sa déformation passée qui affecte ses propriétés rhéologiques équivalentes. Les principaux objectifs de cette thèse sont: (1) de mieux contraindre les relations entre propriétés équivalentes et érodabilité, et (2) de quantifier l'influence de l'érosion et de l'érodabilité sur la formation ou la décadence, spatiale et temporelle, de la topographie. Plusieurs outils numériques sont développés. Un formalisme 1D d'évolution des paysages est proposé, prenant en compte simultanément l'incision des rivières avec une distribution stochastique des débits en eau et l'érosion des versants par glissements de terrain. Un nouvel algorithme de remaillage appelé Surface Lagrangian Remeshing (SLR) est développé. Il permet de prendre en compte l'érosion à long terme dans les codes numériques 2D Lagrangiens basés sur des éléments finis triangulaires. Ensuite, la possibilité de mesurer in-situ l'érodabilité avec un marteau de Schmidt (R) est évaluée pour: l'orogène actif de Taiwan, les grès diagénétiques d'Annot et la zone de faille de St Clément. Les résultats suggèrent un fort contrôle de R par les propriétés équivalentes des roches testées. Un modèle linéaire, basé sur la théorie des milieux équivalents, est appliqué à une zone de faille avec une résolution inégalée (750 mesures, 25 mesures par mètre carré). Le modèle permet de corréler avec succès la densité de fracture et R. Ces résultats démontrent empiriquement que l'élasticité équivalente ainsi que l'érodabilité sont sensibles à la densité et à la nature des fractures. Enfin j'étudie les conditions d'érosion et de rhéologie qui permettent de reproduire l'évolution des chaînes de montagnes post-orogéniques. Un modèle couplant érosion en surface et soulèvement isostatique régional est compatible avec les observations. Les taux de décroissance topographique et de diminution du rapport de l'élévation de surface sur l'épaisseur de racine crustale sont contrôlés au premier ordre par la géométrie initiale de la chaîne de montagne et par l'efficacité de l'érosion. Ce nouveau modèle met en évidence le contrôle du climat et de l'érodabilité sur la décroissance topographique et de la rhéologie lithosphérique sur la persévérance des racines crustales.

L'amélioration du rendement d'un moteur d'avion est reliée à l'élévation de la température de combustion. Les progrès de l'industrie aéronautique de ces 30 dernières années ont permis l'augmentation de cette température. Les aubes de turbine qui en subissent directement les effets ont vu leur métallurgie et leur géométrie évoluer avec le temps. Aujourd'hui, elles sont en superalliage monocristallin à base de nickel. Les barrières thermiques, constituées d'une sous-couche métallique et d'un dépôt céramique ont été développées pour protéger la surface de l'aube de la température et de l'environnement agressif (oxydation, corrosion à chaud). Parallèlement à l'évolution des matériaux, la géométrie de l'aube a également été adaptée. Un circuit de refroidissement interne permet la circulation puis l'éjection d'air par des micro-trous créant ainsi une fine couche protectrice à la surface de l'aube. Depuis des années, ces trous (diamètre de 0,45mm pour une profondeur comprise entre 1,5 et 3 mm) sont percés par laser impulsionnel ou par électroérosion favorisant ainsi le temps d'usinage. <br/>Ce travail porte sur l'étude du perçage laser impulsionnel milliseconde qui chauffe le matériau irradié, le fond puis vaporise une couche superficielle de liquide. La pression résultant, dite pression de recul, est la force motrice du perçage. L'objectif de cette étude est de définir et caractériser l'endommagement subi par le matériau après perçage laser. Les phénomènes d'éjection de la matière sont modélisés par éléments finis par l'adaptation d'un code initialement développé pour le soudage laser. Ce modèle est comparé à des mesures expérimentales de vitesse d'éjection liquide, de pression de recul ainsi qu'à des observations micrographiques fines qui montrent une couche de matière resolidifiée dont la microstructure est différente de celle du superalliage. Aujourd'hui, les modèles numériques utilisés pour prédire la durée de vie des pièces perforées ne prennent en compte que la dimension des trous donc le gradient de contrainte résultant. Les essais de fatigue à haute température réalisés dans cette étude avec deux types de perçage laser (une source femtoseconde et une source milliseconde) permettent de mettre en évidence l'influence de la modification de la matière induite par le procédé de perçage sur le comportement mécanique d'éprouvettes percées. Une étude de la vitesse de fissuration combinée à l'étude des faciès de rupture permet de comprendre les phénomènes d'amorçage et de propagation de fissure courte. Elle montre que l'engouement actuel pour les sources lasers ultrarapides (c'est-à-dire pico/femtoseconde), qui ne modifie pas la microstructure du perçage de la même façon qu'un laser classique (milliseconde) n'est pas obligatoirement justifié pour ce type d'application.

Comment caractériser et modéliser les paramètres qui contrôlent les mouvements verticaux, le flux thermique, la cinématique et la géométrie des failles néoformées durant les épisodes de rifting continental ? Pour répondre à cette question, un code explicite thermomécanique 2D a été utilisé. Dérivé de l'algorithme Flac, il permet de prendre en compte des comportements rhéologiques complexes (visco- élasto-plastique) et s'avère très efficace pour modéliser les déformations non-linéaires à courtes et moyennes échelles de temps et d'espace. Cependant, pour traiter des écoulements incompressibles, ce type de code devient moins performant. Pour palier à ce problème, un code éléments finis (FEM, 2/3D) thermomécaniquement couplé, a été développé. L'impact de la prise en compte de rhéologie viscoélastique et d'une surface libre sur la topographie à l'aplomb d'un panache mantellique a ainsi pu être quantifié. Un algorithme implicite permettant d'inclure une rhéologie visco-élasto-plastique consistante dans le code FEM 2D est en cours de développement. Par ailleurs, des expériences analogiques ont été menées en parallèle des études numériques 2D dans le but de valider l'approximation de déformation plane et de comprendre les implications tridimensionnelles de la présence d'hétérogénéités dans le socle pré-rift. Tous ces outils ont permis de mettre en évidence, comment, à différentes échelles, la présence de plusieurs couches de lithologies différentes, peut entraîner des accélérations locales de la subsidence, l'asymétrie des structures ou des inversions du sens de migration des dépôts-centres. En terme d'application, le golfe de Corinthe, un rift continental actif qui découpe la chaîne des Hellénides a reçu une attention particulière. La comparaison de modèles numériques 2D (Flac) et analogiques 3D a montré que l'évolution structurale d'est en ouest et la cinématique des failles du golfe peuvent être expliquées par la présence de la nappe des Phyllades dans les séries anté-rift du golfe.

La modélisation électrotechnique des appareils de coupure se présente sous deux principaux axes d'investigations: . Le calcul des efforts électrodynamiques de répulsion dont une estimation correcte est nécessaire pour pouvoir maintenir le contact entre les électrodes en vis-à-vis. . La description de l'évolution de I'arc électrique dans la chambre de coupure afin de prévoir son comportement et réussir I'opération de la coupure du courant électrique. La modélisadon tridimensionnelle réalisée est basée sur la Méthode des Eléments Finis et utllise une formulation en termes de potentiel vecteur électrique en association avec un inducteur. L'application de la méthode sur des électrodes en contact en régime harmonique permet de calculer correctement la force de répulsion. Lors de la modélisation de l'évolution de l'arc électrique, le modèle simple du lanceur électrique est adopté et décrit à I'aide d'une description eulerienne permettant de mettre en évidence les effets des courants induits par la vitesse Enfin, la description lagrangienne à pas à pas dans le temps sans remaillage, est appliquée à l'étude en régime transitoire d'un arc électrique avec couplage cinétique.

Nous proposons une nouvelle approche de modélisation micro/macro pour les problèmes multi échelles. Cette approche se destine aux matériaux ayant deux longueurs caractéristiques de variation des propriétés : l'une microscopique et l'autre macroscopique. Ce qui signifie qu'il n'est pas possible de définir une relation de comportement macroscopique unique pour l'ensemble du système étudié. Nous proposons une méthode de discrétisation pour laquelle la majeure partie du domaine étudié est modélisée exclusivement à l'échelle macroscopique, seules quelques zones relativement petites, appelées motifs microscopiques, sont modélisées à l'échelle microscopique. La mise en oeuvre de la méthode de modélisation repose sur : un principe d'extension du comportement de l'échelle microscopique afin d'en déduire une relation de comportement numérique à l'échelle macroscopique ; la méthode des éléments naturels contraints CNEM, afin de pouvoir insérer les motifs microscopiques dans une discrétisation macroscopique ; et une méthode de résolution introduisant décomposition de domaine et réduction de modèle pour accélérer le calcul et tirer profit des calculateurs à architecture parallèle. Nous avons prouvé l'efficacité de notre approche sur des exemples académiques avec une bonne estimation de la solution, et une distribution de l'erreur homogène sur tout le domaine aux échelles microscopique et macroscopique même sur les bords.

Ce travail de thèse est dédié aux propriétés structurales et vibrationnelles de composés moléculaires comportant des nanotubes de carbone: nanotubes bifeuillets, peapods et composés ternaires. Dans la première partie de ce manuscrit, la structure de ces composés est étudiée par diffraction de poudre des rayons X et des neutrons. Les diagrammes de diffraction sont calculés numériquement et des comparaisons entre résultats numériques et résultats expérimentaux permettent de résoudre précisément la structure des composés. Dans la seconde partie de ce travail, les propriétés dynamiques des peapods et des nanotubes bifeuillets sont étudiées par diffusion inélastique des neutrons. Les densités d'états de phonons expérimentales sont comparées avec les résultats de dynamique des réseaux effectués pour différentes hypothèses structurales (dans le cas des peapods, chaînes de C60 insérées dans les nanotubes sous forme de monomères, de dimères ou de polymères).

Le soudage par faisceau d'électrons d'alliages à durcissement structural de la série 7xxx induit des modifications importantes de leur microstructure, et par conséquent de leur comportement mécanique. Cette étude visait à formuler une loi de comportement incluant l'endommagement de structures soudées par une approche locale de la rupture. Pour cela, la microstructure de la soudure et les propriétés mécaniques résultantes sont caractérisées. Le lien est fait entre la distribution de précipités fins et les propriétés plastiques, ainsi qu'entre la précipitation grossière et les micromécanismes d'endommagement. Le modèle aux éléments finis proposé prend en compte le comportement plastique des différentes zones et reproduit le comportement en endommagement de la zone fondue, qui constitue le maillon faible de la structure à cause de l'évaporation d'éléments d'alliages durant le soudage. Ce modèle a été validé dans une gamme étendue de sollicitations mécaniques (géométrie, entaille).