Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale.<br />Le modèle repose sur l'utilisation d'éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L'influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutée.

Les disques de poussière et de gaz autour des étoiles jeunes sont très probablement les lieux de naissance des planètes. Les détails de l'évolution de ces disques vers des systèmes planétaires restent cependant très mal compris. Cette thèse aborde l'étude de la phase de poussière des environnements circumstellaires, à partir de laquelle se formeront les planètes, avec pour objectif d'obtenir des contraintes quantitatives sur les processus d'évolution des disques. <br /><br /> Les moyens d'observations actuels permettent d'étudier les disques avec un niveau de détail sans précédent et fournissent des informations essentielles sur les premières étapes de la formation planétaire : la croissance des grains de poussière par coagulation et leur sédimentation vers le plan du disque. Afin d'interpréter les propriétés observées des disques, nous avons développé un code de transfert radiatif qui permet de modéliser de manière cohérente les images en lumière diffusée et/ou émission thermique, les cartes de polarisation et les distributions spectrales d'énergie des disques protoplanétaires.<br /><br /> Dans un second temps, le code a été utilisé pour modéliser les données multi-longueurs d'onde et multi-techniques de plusieurs disques entourant des étoiles T Tauri : IM Lup, IRAS 04158+2805 et GG Tau. Une approche multi-paramétrique a permis de contraindre précisément les paramètres des disques. Nous avons ainsi mis en évidence et quantifié une croissance et une sédimendation des grains de poussière, qui témoignent de l'évolution de la poussière, dans deux de ces disques : IM Lup et GG Tau alors que les analyses du disque de IRAS 04158+2805 suggèrent au contraire que la poussière n'a que peu évolué dans ce dernier.<br /><br /> Le couplage du code de transfert radiatif avec un code hydrodynamique nous a permis de prédire les signatures observationnelles de la sédimentation et de la migration radiale des grains. L'application de ces résultats à l'anneau circumbinaire de GG Tau donne un bon accord avec les observations et démontre le potentiel de ce type de modélisation pour contraindre les processus physiques qui règnent au sein des disques.<br /> Enfin, des études du processus d'accrétion magnétosphérique, de disques autour de naines brunes et d'étoiles Herbig Ae/Be ainsi que de disques plus évolués (disques de débris) ont permis d'initier un travail de modélisation systématique d'un nombre croissant de disques afin de démarrer une analyse statistique des propriétés des disques, à différentes échelles spatiales et en fonction de la masse de l'objet central et de l'état d'évolution du système.

Le renforcement des sols compressibles par inclusions rigides verticales est une technique qui associe un éseau d'inclusions et un matelas constitué de sol granulaire, intercalé entre le sol renforcé et l'ouvrage. Dans ce matelas se développent des voûtes qui transfèrent partiellement les charges vers les inclusions, permettant ainsi la réduction et l'homogénéisation des tassements en surface du massif renforcé. Le renforcement peut être complété par une nappe géosynthétique en base du matelas, fonctionnant en membrane. Les domaines d'application privilégiés sont les fondations de remblais routiers ou ferroviaires et les fondations de zones industrielles. Les différents éléments de ce système sont en interactions complexes.<br />Ce travail de thèse constitue une contribution à la compréhension du comportement de ce type d'ouvrage, et s'intéresse plus particulièrement à la modélisation des mécanismes se développant dans le matelas de transfert de charge. Il comporte trois parties. La première partie présente le contexte et les objectifs. La deuxième partie est consacrée à la constitution d'une base de données<br />expérimentale précise et complète en terme d'efforts et de déplacements, afin de servir de référence à diverses approches de modélisation numérique. Pour cela, un modèle physique bidimensionnel mettant en oeuvre des matériaux analogiques est développé.<br />La troisième partie concerne la modélisation numérique. La première étape consiste en une modélisation bidimensionnelle en milieu continu, validée à partir des résultats expérimentaux obtenus sur le modèle réduit. Des modèles de comportement spécifiques aux divers matériaux sont mis en oeuvre. L'analyse paramétrique peut alors être étendue numériquement. La seconde étape de la modélisation numérique consiste en la mise en oeuvre de simulations tridimensionnelles en milieu continu de cas réalistes. Les comportements du sol du matelas et du sol compressible sont pris en compte par des modèles de diverses complexités. Le système est d'abord pris en compte par une cellule élémentaire du maillage en conditions drainées, puis par une section courante de remblai présentant des talus latéraux.

Ce travail de recherche concerne un nouveau procédé de vitrification à l'étude au CEA de Marcoule depuis ces vingt dernières années. Ce procédé, basé sur l'induction directe en creuset froid, est utilisé pour le traitement des déchets nucléaires de haute activité. Il se caractérise par le refroidissement des structures métalliques par circulation d'eau et l'induction directe de courants électriques dans la charge de verre en fusion. Un dispositif d'agitation mécanique permet une homogénéisation du bain de verre fondu. Lors de cette étude, les phénomènes thermiques, hydrodynamiques et électromagnétiques ont été considérés. Une attention particulière est portée sur la modélisation de l'agitation mécanique et la mise en place d'une stratégie de couplage entre les trois phénomènes. La validation de la modélisation a pu être réalisée à partir des résultats expérimentaux acquis sur les pilotes de vitrification.

Les variations du niveau marin lors des grandes tempêtes affectent le littoral en provoquant de sévères inondations. L'objectif de cette thèse est d'apporter, grâce à la modélisation numérique (chaîne TELEMAC), une meilleure compréhension des phénomènes d'interaction entre surcote / marée / houle / vent dans la génération et la propagation des surcotes et des raz de marée dans les Pertuis Charentais, qui, grâce à une ligne de côte complexe et des faibles profondeurs, représentent un grand intérêt pour ce type d'étude. Dans cette thèse, nous avons démontré que la prise en compte de ces interactions est indispensable pour un modèle qui prétend à une prédiction précise des surcotes dans les Pertuis Charentais.

Les pieds d'aubes de soufflantes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements: (i) l'amorçage et la propagation de fissures, (ii) l'usure des surfaces en contact. OBJECTIF: Afin de fournir les outils permettant de répondre à la problématique industrielle, une méthode semi-analytique permettant de traiter des problèmes de contacts élasto-plastiques revêtus et/ou hétérogènes est développé à partir d'éléments existants et de solutions analytiques et numériques novatrices. METHODE: La structure est simplifiée en supposant un contact entre deux massifs élastiques semi-infinis. Des solutions analytiques donnant pour: + les contributions élémentaires de chargements normaux et tangentiels constants sur une surface rectangulaire + les contributions élémentaires de déformations plastiques supposées constantes sur un volume parallélépipédique + les contributions élémentaires de déformations d'incompatibilité liées à un problème hétérogène (inclusions, revêtements, endommagement,...) supposées constantes sur un volume parallélépipédique. >> les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume. Les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume sont alors exprimés en utilisant des produits de convolution discrets entre des coefficients d'influence et la source surfacique (chargements en surface) ou volumique (déformations plastiques ou d'incompatibilité). Le problème normal et le problème tangentiel en glissement total ou en glissement partiel peuvent alors être résolus, en prenant en compte les effets plastiques et hétérogènes. L'algorithme d'optimisation sous contrainte utilisé (contact elastique) est celui développé par L.Gallego tandis que la base du solver plastique utilisé a été développé par C. Jacq (contact elasto-plastique sans frottement) RESULTATS: De nouvelles solutions analytiques sont obtenues pour le calcul des déplacements résiduels tangentiels.

L'essai de chargement d'une pointe pénétrométrique (Cone Loading Test, essai CLT) est un nouvel essai de reconnaissance des sols in situ, qui constitue une amélioration majeure de l'essai de pénétration statique avec une pointe piézocône (CPTu). L'essai de chargement de pointe consiste à interrompre la pénétration classique (EN ISO 22476-1) à une cote souhaitée et à réaliser un chargement par paliers successifs de la pointe jusqu'à la rupture du sol.La courbe de chargement, reliant la pression appliquée sur la pointe au tassement de celle-ci,est riche en renseignements sur la déformabilité des sols. L'essai permet donc une caractérisation améliorée des sols en fournissant des paramètres de déformabilité aussi bien que les paramètres de résistance obtenus lors d'un essai de pénétration statique classique.La validation de la méthode d'essai et de son protocole expérimental, a été effectuée selon trois voies complémentaires : expérimentale, numérique et physique. Au niveau expérimental, plusieurs campagnes d'essais ont été réalisées en choisissant des sites intéressants pour le projet et contenants une importante base de données (essais in situ,au laboratoire, essais de pieux, essais sismiques...) comme le site des argiles des Flandres de Merville, un site sableux à Utrecht aux Pays-Bas, et un site sableux à Limelette en Belgique.Les résultats des différentes campagnes ont montré qu'il est possible d'avoir des courbes de chargement exploitables pour le calcul d'un module de déformation, utilisable et comparable en tout point aux modules obtenus par d'autres types d'essais. L'essai est adapté à un panel de sol très varié. Il est plus représentatif de l'état initial dans le sol que d'autres types d'essais.Par ailleurs les conditions aux limites sont bien maîtrisées.Au niveau numérique, une large étude paramétrique a été menée avec le logiciel Plaxis, pour tester l'influence de la géométrie de la pointe, du type de chargement, du modèle de comportement, des paramètres du sol, ainsi que des conditions initiales et au limite du problème. Des essais CLT ont été également réalisés sur des modèles réduits en centrifugeuse, pour tester l'influence de quelques paramètres comme la vitesse de chargement, la géométrie de l'embout de la pointe, la densité du massif ainsi que le niveau de g. Ces essais ont été associés à des essais de chargement de pieu instrumenté et des essais de fondations superficielles et profondes afin de pouvoir relier les paramètres mécaniques de l'essai CLT au comportement des ouvrages. En considérant que la pointe du pénétromètre est un modèle réduit de pieu, une retombée directe de l'essai CLT est sa capacité d'être un outil de dimensionnement de fondations. A cet effet, une méthode directe utilisant la résistance de pointe et le frottement latéral limite de l'essai CLT a été proposée pour calculer la capacité portante et prédire le tassement d'un pieu.Cette méthode consiste en une nouvelle approche transformant les courbes de chargement et celles de mobilisation de frottement d'un essai CLT point par point en courbe charge-déplacement d'un pieu (courbes t-z).

La réfrigération magnétique est une technologie innovante de production de froid, qui peut remplacer la technique classique de compression-détente de fluides frigorigènes. Son principe est basé sur l'effet magnétocalorique qui se traduit par le refroidissement ou l'échauffement de certains matériaux sous l'action d'un champ magnétique. Ce travail de thèse s'est déroulé dans le cadre d'un projet " CARNOT Energies du futur " et s'oriente vers l'étude magnétothermique et fluidique de systèmes de réfrigération. Pour cela, un outil numérique a été développé à l'aide du logiciel FLUENT afin de décrire le comportement thermique de différents régénérateurs, cœur même des systèmes de RM. En parallèle, deux systèmes de réfrigération magnétique ont été développés et améliorés, chacun d'eux présentant des performances intéressantes. Ces résultats ont permis de comprendre et définir les facteurs les plus influents sur leurs performances, et en déduire ainsi leurs conditions de fonctionnement optimales

La calotte polaire du Groenland retient dans ses glaces une contribution potentielle au niveau des mers de 7,3 mètres. Alors que des changements importants sont observés à l'heure actuelle, réaliser des projections sur son état futur à l'échelle pluri-centennal est devenu une priorité. La modélisation numérique 3D est l'un des outils pour effectuer ces projections. Ce travail incorpore largement l'utilisation des carottages profonds du Groenland, qui rassemblent une grande part d'information sur les états passés. Ainsi, l'accent est ici mis sur les validités des reconstructions effectuant constamment des aller-retour entre observations et simulations. La robustesse de ces reconstructions et des projections futures est largement questionnée au travers de nombreuses expériences de sensibilité. La calibration du modèle de glace en utilisant des contraintes sur les informations de la dernière déglaciation permet de proposer des scénarios sur l'état de la calotte au cours du précédent interglaciaire, l'Eémien, potentiel analogue pour le climat futur.

La propulsion hybride utilise classiquement un comburant liquide (ou gazeux) injecté dans une chambre de combustion qui contient le carburant à l'état solide. La flamme de diffusion, qui apparait à la rencontre des deux flux de matière, est autoentretenue par la pyrolyse du carburant consécutive à l'apport de chaleur produite par la combustion. Afin d'améliorer les performances de ce type de propulsion, il est nécessaire de bien comprendre le couplage physicochimique des phénomènes. Le couple d'ergols polyéthylène/mélange gazeux dioxygène et diazote a été choisi pour cette étude. Les caractéristiques du polyéthylène ont été déterminées par des analyses physicochimiques, elles permettent de mettre en évidence un effet de la pression et de la nature de l'atmosphère sur la composition des produits de pyrolyse. Un banc d'essais de combustion avec une instrumentation a permis de caractériser le comportement du polyéthylène en situation réelle. Les données acquises ont été analysées afin d'obtenir des grandeurs physiques pertinentes à comparer avec des résultats de simulations. Pour effectuer des simulations de chambre de combustion de propulseur hybride, le développement d'un modèle numérique instationnaire et bidimensionnel a débuté. De nombreux cas test "académiques" sont présentés et ont confirmés la bonne implémentation des méthodes numériques de résolution et des équations physiques et chimiques. Cependant, lors des simulations de la chambre de combustion complète, une divergence de pression est apparue dont les causes ont été activement recherchées.