Les nouvelles avancées dans le domaine de la science des matériaux ont engendré l’apparition de nouvelles problématiques notamment concernant leurs perçages. Dans le cas des structures aéronautiques, l’opération de perçage des panneaux multi-matériaux CFRP/aluminium se situe juste avant l’assemblage final. Les pièces percées ont donc une forte valeur ajoutée. L’intérêt de pouvoir prédire le moment où la qualité du perçage s’approche des bornes des spécifications prend alors tout son sens. La mise en place d’un modèle expérimental multi-matériaux par les réseaux de neurones permet prédire la qualité du perçage réalisé pour une séquence d’empilement donnée. En utilisant une démarche similaire, un système de surveillance hors ligne du perçage multi-matériaux a été établi. Deux méthodes ont été développées : la méthode générale permettant de s’adapter à un grand nombre d’empilement et la méthode spécifique, plus précise, mais dont le domaine de validité se cantonne à une seul séquence. / New advances in the field of materials science have led to the emergence of new issues particularly concerning their holes. In the case of aeronautical structures, the drilling of multi-material panels CFRP / aluminum is just before final assembly. Pierced parts thus have a high added value. The interest can predict when the quality of the hole approaches the limits of the specifications takes a lot of sense. The establishment of an experimental model multi-materials by neural networks can predict the quality of the hole made for a given stacking sequence.Using a similar approach, a monitoring system offline drilling multi-materials has been established. Two methods have been developed: the general method to adapt to a large number of stacking and specific method, more accurate, but the range of validity is confined to a single sequence.

Les travaux présentés concernent le développement d'outils et de méthodes pour la modélisation expérimentale des systèmes dynamiques interconnectés par des représentations modulaires. Contrairement aux approches boîtes-noires, les approches modulaires ne visent pas seulement à décrire le comportement dynamique d'un système dans sa globalité mais aussi à représenter sa structure interne, c.-à-d. ses composants et leurs interactions. Le problème de la modélisation expérimentale des systèmes dynamiques interconnectés est multiple. Il concerne aussi bien la formalisation mathématique des représentations modulaires, leur identifiabilité pratique et l'estimation des paramètres et de leur incertitude.<br /><br />Le projet de recherche présenté s'inscrit dans le cadre de l'Ingénierie en Biologie Systémique. Il est dans la continuité des travaux précédents et se focalise sur la modélisation expérimentale de systèmes dynamiques interconnectés en cancérologie. Ce projet concerne d'une part la modélisation de la thérapie photodynamique et d'autre part l'identification de réseaux métaboliques. La thérapie photodynamique peut être vue, à plusieurs niveaux, comme un ensemble de systèmes dynamiques interconnectés. Après une présentation des fondements de cette thérapie, trois problèmes de modélisation expérimentale appliqués à la thérapie photodynamique sont posés. Cette modélisation a pour but ultime de répondre à deux questions. La première concerne la maîtrise et la reproductibilité des réponses thérapeutiques et la seconde traite de la caractérisation de l'efficacité de nouveaux agents photosensibilisants. Les problèmes d'automatique associés à ces deux questions traitent d'identifiabilité, d'estimation de paramètres et de stratégie de commande. Les méthodes et outils de planification d'expériences sont proposés en perspective pour aborder tous ces problèmes sous un même angle.

L'objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l'aide de la méthode des plans d'expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l'énergie et la fréquence des impulsions. Afin d'obtenir une rugosité Sa < 5 µm avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l'alliage d'aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l'existence d'une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (vitesse de mouvement de qq m.s-1) même après la fin d'impulsion (effet d'inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l'impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l'épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d'optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques.

La distribution spatiale des massifs UHP/BT montre que leur exhumation est un phénomène 3D qui a lieu uni-quement dans des zones particulières des chaînes de montagnes caractérisées par une complexité structurale et/ou géométrique. Dans les expériences de modélisation thermomécanique 2D de la subduction continentale en régime de faible compression, nous obtenons l'exhumation de roches HP depuis des profondeurs d'environs 70 km. La croûte continentale subduite plus profondément dans l'asthenosphere devient trop chaude (peu résis-tante). Elle se détache du manteau continental subduit, flue verticalement et se sous plaque sous la plaque chevauchante. La subduction continentale en régime de forte compression peut provoquer la rupture de la plaque chevauchante dans l'arc volcanique ou le bassin arrière arc aboutissant à la subduction du bloc avant arc ou de la plaque d'arc. La croûte continentale subduite avec ces unités peut atteindre 200 km de profondeur en étant gui-dée par ces unités et le manteau continental subduit. Dans ces conditions, la croûte est soumise aux conditions UHP/BT, mais elle ne peut pas être exhumé dans un contexte 2D. Nous montrons numériquement en 3D, que la subduction le long d'une frontière de plaques convexe entraîne localement dans la plaque chevauchante une extension horizontale parallèle à la frontière qui provoque localement le retrait du front de cette plaque et la réduction de la pression inter plaque. En imposant cette déformation extensive à la plaque chevauchante dans un modèle expérimental thermomécanique 3D nous avons obtenus l'exhumation locale des roches UHP/BT et avons pu étudier en détails son mécanisme.

L'analyse d'un réseau dense de profils de sismique réflection permet d'établir une stratigraphie acoustique détaillée de la marge continentale profonde de ,Côte d'Ivoire-Ghana, et de mettre en évidence les principales caractéristiques structurales de cette marge transformante: zone étroite extrêmement déformée au sommet de la pente continentale, faisceaux décrochants dextres à l'intérieur et à la lim ite Nord de la ride marginale, bassins asymétriques localement repris en compression (plissement) dans le bassin ivoirien profond. Parallèlement, les structures associées à une marge transformante sont étud iées grâce à une modélisation expérimentale: dans un modèle analogue à une croûte continentale d'épaisseur. constante, le mouvement transformant est accommodé par une "zone principale de déplacement", zone de cisaillement dont la déformation est analysée en détail, y compris pour des déplacements importants. Par contre, à l'intersection de segments de marges transformant et en extension apparait une "terminaison en queue de cheval", formée de décrochements courbes qui structurent par transliition et rotation de blocs un relief analogue aux rides marginales des marges transformantes; ce relief est ultérieurement recoupée par une "zone principale de déplacement". De plus, et dans certaines conditions géométriques, des structures distensives antérieures peuvent être remobilisées en cisaillement à proximité du secteur transformant. La comparaison des résultats expérimentaux et des données marines permet l'interprétation de ces dernières dans le cadre d'une reconstitution de la formation de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana: lors du rifting dans le bassin ivoirien profond, des décrochements courbes apparaissent successivement à l'avant de la zone transformante: ils forment à la limite du bassin en extension une ''terminaison en queue de cheval" qui construit la ride de Côte d'Ivoire-Ghana, ainsi que les rides mineures qui la prolongent à l'Ouest Certaines structures distensives antérieures sont également remobilisées en cisaillement à proximité de cette terminaison. Ultérieurement, le mouvement coulissant est entièrement accommodé par une "zone principale de déplacement" déformant le sommet de la pente continentale et de la ride marginale.

Naaim et Gurer (1998) proposent une modélisation des avalanches de neige par le modèle dit « bi-couche ». L'avalanche y est décrite comme la superposition de deux couches : proche du sol une couche où l'écoulement est collisionnel, au dessus une couche au sein de laquelle l'écoulement est diphasique et turbulent. Ces deux couches ont chacune une dynamique propre distincte ; des échanges de masse et de quantité de mouvement ont lieu dans la zone d'interface séparant les deux couches. Le travail présenté ici propose une étude de cette interface vue comme lit d'écoulement de la couche supérieure. Pour cela, une modélisation expérimentale par bouffée de densité saline s'écoulant dans un canal noyé a été mise en place. Les mesures ont été réalisées par prise et analyse d'images. Cela a permis d'étudier l'influence du lit d'écoulement sur la dynamique de la bouffée et de localiser l'érosion qu'elle engendre appelée reprise. Ces résultats ont été confrontés à une large analyse bibliographique et à une analyse conceptuelle du phénomène de reprise. Une formulation analytique de la reprise prenant en compte une atténuation de la turbulence, par le fait de la présence de particules en suspension dans l'écoulement, a alors été proposée. Elle a été intégrée à une modélisation numérique reproduisant correctement les résultats observés expérimentalement.

La plupart des côtes de la Terre reculent et 80% sont rocheuses. La prévision du recul des falaises littorales est primordiale afin d’anticiper les risques futurs pour les aménagements littoraux. Cependant, la compréhension de ce recul est difficile car de nombreux paramètres le contrôlent. Des expériences en canal à houle de petite échelle ont été effectuées où nous avons mis en place un massif de sable humide soumis à l’attaque des vagues par sapement. Le but est de comprendre comment l’effet des vagues contrôle l’érosion des falaises. La technique de mesure par ombroscopie a été employée et nous a permis de détecter la surface du sable et la surface libre en fonction du temps. Nous avons ainsi analysé l’influence du forçage des vagues (F, ξ) (où F est le flux d’énergie des vagues incidentes au large et ξ est le paramètre de similitude de “surf”) sur la vitesse de recul de la falaise et sur la profondeur des évènements d’effondrement. La vitesse de recul de la falaise augmente linéairement avec le flux d’énergie F. Les débris de falaise érodés changent la morphologie du fond, les types de morphologie du fond dépendent fortement du paramètre de similitude de “surf” au déferlement, ou encore du paramètre de Dean Ω. Des profils du fond instationnaires présentant une oscillation auto-entretenue de la barre sédimentaire ont été observés. Nous avons de plus étudié l’effet de la granulométrie du sable utilisé : pour un sable plus fin, la falaise est plus cohésive et s’effondre au cours d’évènements de plus grande ampleur. Etonnamment, le recul de la falaise est plus important pour du sable fin. Ceci est probablement dû à une modification de la morphologie du fond conduisant à une dissipation de l’énergie des vagues moins importante. Le volume de sable injecté dans le système a finalement été quantifié, la barre sédimentaire a d’abord été prélevée périodiquement et il a été observé que la vitesse de recul de la falaise vr est constante. Puis, la hauteur de falaise a été modifiée, le recul des falaises est plus important pour des petites falaises. Il semblerait que l’instationnarité d’un profil du fond se déclenche à partir d’un volume seuil de sable érodé. / Most of the Earth coasts recedes and 80 % are rocky. Prediction of sea-cliff recession is essential to anticipate future risks for coastal development. However, it is difficult to understand this recession because many parameters control it. In addition, both the space and time scales are too big for the different mechanisms of cliff erosion to be fully analysed. Experiments in a small-scale wave flume were conducted in which a massif made of wet sand is submitted to wave attack. The aim is to understand how cliff erosion is wave-controlled. The technique of shadow graph measurements was used to detect the time evolution of sand and water surfaces. We have analyzed the influence of wave forcing (F, ξ) (where F is the incident offshore wave energy flux and ξ is the surf similarity parameter) on the cliff recession rate and on collapse event size. The cliff recession rate increases linearly with the wave energy flux F. The eroded cliff materials change the bottom morphology ; the types of bottom morphology strongly depend on the surf similarity parameter at the breaker point, or the Dean parameter Ω. Bottom profiles characterized by unsteady self-sustained sandbar oscillation were observed. In addition, we studied how sand granulometry change the system evolution. Finer the sand is, more cohesive is the cliff and bigger are cliff collapses. Contrary to what was expected, cliff recession is more important for a finer sand : this could be due to a more dissipative bottom morphology built by fine sands. The sand volume within the system changes following cliff collapses and a sandbar removal during particular experiments. The cliff recession rate is constant when the sandbar is removed and decreases with cliff height. It seems that the unsteadiness of the bottom profile is activated when the volume of eroded sand exceeds a threshold value.

Dans le cadre du stockage géologique de gaz acides, il est impératif de garantir l'intégrité des matériaux sollicités afin d'assurer un confinement pérenne du fluide injecté. Le but de ce travail de thèse est d'étudier, par le biais de modélisations expérimentales, les phénomènes pouvant être responsables de la déstabilisation du système et qui peuvent conduire à des fuites du gaz stocké. Le premier modèle expérimental, appelé COTAGES a permis d'étudier les effets de la déstabilisation thermique provoquée par l'injection d'un gaz à température ambiante dans un réservoir chaud. Ce dispositif a permis de mettre en évidence un transfert de matière important depuis la zone froide (30°C) vers la zone chaude (100°C) conduisant à des modifications des propriétés pétrophysiques. Ces résultats soulignent l'importance de la température d'injection sur la conservation des propriétés d'injectivité du système. Le second modèle, appelé "Sandwich" a permis d'étudier le comportement de l?interface entre la roche couverture (argilite COX) et le ciment de puits. Les expériences batch du modèle Sandwich en présence de CO2 ont permis de mettre en évidence une fracturation de l'interface provoquée par la carbonatation précoce du ciment. Ces résultats soulignent l'importance de l'état initial de la roche couverture dans la séquestration du fluide injecté. Le troisième modèle expérimental est le modèle MIRAGES. Ce dispositif innovant permet d'injecter en continu un flux de CO2 dans un échantillon. Les résultats ont mis en évidence un colmatage partiel de la porosité inter-oolithe à proximité du puits d'injection, ainsi qu'une carbonatation du ciment sous la forme d'un assemblage calcite/aragonite / In the framework of the CO2 storage, it is crucial to ensure the integrity of the solicited materials in order to guarantee the permanent confinement of the sequestrated fluids. Using experimental simulation the purpose of this work is to study the mechanisms which could be responsible for the system destabilization and could lead CO2 leakage from the injection well. The first experimental model, called COTAGES allows studying the effects of the thermal destabilisation caused by the injection of a fluid at 25°C in a hotter reservoir (submitted to the geothermal gradient). This device allows demonstrating an important matter transfer from the cold area (30°C) toward the hot area (100°C). These results highlight the importance of the injection temperature on the injectivity properties and on the possible petrophysical evolutions of the near well. The second model, called ?Sandwich?, allow studying the behaviour of the interface between caprock (COX argillite) and well cement. Indeed, interfaces between the different rock and the well materials represent a weakness area (differential reactivity, fracturing?). Batch experiments carried out with this device in presence of CO2 show the fracturing of the interface caused by the early carbonation of the cement. The third experimental model, called MIRAGES is an innovative device which allows injecting continuously CO2 in a core sample. Samples made of Lavoux limestone and well cement reproduce the injection well at 1/20 scale. Results show a partial filling of the inter-oolithic porosity close to the injection well, and also the carbonation of the cement according to an assemblage of calcite/aragonite

La plupart des côtes de la Terre reculent et 80% sont rocheuses. La prévision du recul des falaises littorales est primordiale afin d'anticiper les risques futurs pour les aménagements littoraux. Cependant, la compréhension de ce recul est difficile car de nombreux paramètres le contrôlent. Des expériences en canal à houle de petite échelle ont été effectuées où nous avons mis en place un massif de sable humide soumis à l'attaque des vagues par sapement. Le but est de comprendre comment l'effet des vagues contrôle l'érosion des falaises. La technique de mesure par ombroscopie a été employée et nous a permis de détecter la surface du sable et la surface libre en fonction du temps. Nous avons ainsi analysé l'influence du forçage des vagues (F, ξ) (où F est le flux d'énergie des vagues incidentes au large et ξ est le paramètre de similitude de "surf") sur la vitesse de recul de la falaise et sur la profondeur des évènements d'effondrement. La vitesse de recul de la falaise augmente linéairement avec le flux d'énergie F. Les débris de falaise érodés changent la morphologie du fond, les types de morphologie du fond dépendent fortement du paramètre de similitude de "surf" au déferlement, ou encore du paramètre de Dean Ω. Des profils du fond instationnaires présentant une oscillation auto-entretenue de la barre sédimentaire ont été observés. Nous avons de plus étudié l'effet de la granulométrie du sable utilisé : pour un sable plus fin, la falaise est plus cohésive et s'effondre au cours d'évènements de plus grande ampleur. Etonnamment, le recul de la falaise est plus important pour du sable fin. Ceci est probablement dû à une modification de la morphologie du fond conduisant à une dissipation de l'énergie des vagues moins importante. Le volume de sable injecté dans le système a finalement été quantifié, la barre sédimentaire a d'abord été prélevée périodiquement et il a été observé que la vitesse de recul de la falaise vr est constante. Puis, la hauteur de falaise a été modifiée, le recul des falaises est plus important pour des petites falaises. Il semblerait que l'instationnarité d'un profil du fond se déclenche à partir d'un volume seuil de sable érodé.

Dans les régions à tectonique active, les interactions entre la déformation crustale et les processus de surface (érosion, transport et sédimentation) contrôlent l'évolution du relief. Ces interactions conduisent à la formation de marqueurs géomorphologiques stables lors de l'état d'équilibre atteint sur le long terme entre l'érosion et la tectonique. Dans le contexte des foot-wall de faille normale active, ces marqueurs géomorphologiques sont les profils longitudinaux des lits des rivières et les facettes triangulaires. Des modèles numériques préexistants et de nombreuses mesures dans le Basin and Range montrent l'existence d'une relation linéaire ou logarithmique entre la morphométrie (hauteur, pente) des facettes triangulaires et la vitesse de glissement de la faille normale V. Cette relation suggère le contrôle majeur de V sur la topographie du foot-wall. Le but de ce travail de thèse est de mieux contraindre la relation entre V, les processus de surfaces et la topographie résultante. Des observations de cas naturels, une approche expérimentale et une approche numérique ont permis de mettre en évidence le contrôle majeur de V sur l'évolution topographique du footwall. Les modélisations expérimentales montrent que V contrôle les vitesses d'érosion (taux d'incision, taux d'érosion des versants et taux d'érosion régressive) et éventuellement la hauteur des facettes triangulaires. Elles nous indiquent aussi que le paramètre K de la loi de puissance du courant dépend de V. Les modélisations numériques confirment le contrôle de V sur les vitesses d'érosion et la morphométrie des facettes triangulaires. Elles montrent aussi que la forme des bassins versants dépend de V (relation pente-aire drainée) et suggèrent que les paramètres de la loi de puissance du courant aussi.