La certification des aéronefs au crash ou à l’atterrissage dur nécessite de concevoir et dimensionner des structureslégères vérifiant les exigences d’absorption d’énergie. Le critère de performance est l’énergie d’absorptionspécifique (Specific Energy Absorption, SEA). Nos travaux expérimentaux et numériques visent une meilleurecompréhension de la contribution favorable ou défavorable des modes de ruine à la stabilité et à l’amplitude del’énergie consommée. Le travail expérimental, réalisé sur des échantillons plaques stratifiées en T700/M21 faible grammage et interlock 55% ou 100%, compare les niveaux et les évolutions des forces d’écrasement avec l’apparition et le maintien desmodes de ruine majeurs que sont l’évasement, les fragmentations en coeur de plis et localisée en bout de pli.L’observation et la mesure des processus dynamiques de fragmentation représentent un verrou contourné ici parune analyse point à point de la synchronisation entre les films des essais et les courbes force-déplacement, et parl’observation post-mortem des échantillons, des débris et des fragments. Les plaques ont une performance àl’écrasement sensible à l’épaisseur des plis et aux vitesses de déformation. Pour les interlocks, c’est le sens detissage qui a le plus d’effet sur l’amplitude et la stabilité de la SEA, et génère un évasement global plus instable.La simulation numérique dynamique transitoire non-linéaire est utilisée comme outil complémentaire de mesureet d’analyse des essais sur plaques T700/M21 [0°/90°]. La morphologie d’écrasement est bien reproduite.L’analyse des processus de ruine à l’échelle du pli fait apparaître l’interaction entre la résistance mécanique encompression transverse du matériau (Yc) et la résistance à la déchirure en cisaillement de la structure (GIIc), etl’articulation et/ou la compétition entre évasement et fragmentation en cœur de pli qui en découlent. La mesurede la contribution des trois modes de ruine dans l’énergie consommée effectuée au travers de l’évolution desseuils de ruine permet de suivre l’évolution correspondante de l’effort d’écrasement. Une étude a été menée surla robustesse du modèle, et permet d’évaluer plus généralement la sensibilité en amplitude et en stabilité de laSEA aux propriétés de résistance mécanique identifiées comme influentes. / The certification of aircrafts to hard landing or crash situations needs to design lightweight structures meetingrequirements in term of energy absorption. The Specific Energy Absorption (SEA) is used to compare theperformance of different structures. Experimental and numerical studies led in our work aim to improve theunderstanding of the influence of ruin modes on the crushing stability and the energy absorption capacity.Crushing experimental tests are carried on low-weight T700/M21 CFRP laminated plates and on 55% or 100%Interlock configurations. The crushing force value and its variations are compared to the proportion of inside plyfragmentation, localized fragmentation and splaying mode observed during the crushing process. The observationand the measure of the dynamic process of fragmentation are lock problems circumvented by two means. First, astep by step observation of synchronized tests’ pictures and force-displacement points is conducted. Second, apost-mortem observation of the specimen and a collect of debris and fragments is carried out. It is shown thatcomposite laminates behaviour is influenced by the ply thickness and the strain-rate parameters. For the Interlock,the woven directions have the most important effect on the SEA value and stability and can produce a globalfragmented splaying with some instability. Nonlinear transient dynamic numerical simulations are used as an additional tool to measure and analyse the experimental tests on T700/M21 [0°/90°] plates. The crushing morphology is correctly reproduced. The analysis of damage at the mesoscale shows the interaction between the mechanical transverse compressive strength of thematerial (Yc) and the shear strength of interfaces between plies (GIIc), and the link and/or the competition betweensplaying and inside ply fragmentation. The measure of the contribution of the three ruin modes in the dissipatedenergy is performed and linked to the variations of the crushing force. A study is carried out on the robustness ofthe model and allows linking the SEA value and stability to the mechanical strength properties identified asinfluential parameters.

Afin de mieux comprendre les interactions entre les modifications des contraintes induites par l'exploitation minière et la génération d'activité sismique, une zone profonde de la mine de Garpenberg (Suède) a été instrumentée par l’Ineris avec de sondes microsismiques et de cellules géotechniques. L’analyse spatio-temporelle des événements microsismiques enregistrés entre 2015 et 2016, ainsi que leurs paramètres à la source, ont mis en évidence deux types de réponses sismiques : une locale et courte dans le temps directement induite par les tirs de production, l’autre plus persistante et distante des excavations étant principalement contrôlée par des hétérogénéités géologiques. L’analyse des données géotechniques a montrée l’occurrence de déformations asismiques, ainsi que de phénomènes de fluage induits par l’exploitation. De plus l'activité sismique décroît proportionnellement au taux de diminution des déformations mesurées. Cette dernière observation implique que le fluage peut être un autre mécanisme menant à la sismicité, s’ajoutant au changement de contrainte immédiat induit par les tirs de production. Dans la dernière partie de cette thèse, un modèle géomécanique élasto-plastique 3D a été réalisé et ses résultats ont été comparés aux données géophysiques. Cette comparaison a montré que les modèles numériques à l'échelle de la mine peuvent être des outils puissants pour étudier la sismicité induite à grande échelle. Cependant, il y a certains aspects de la sismicité induite que le modèle ne peut expliquer entièrement. Cela est le cas pour la sismicité déclenchée à distance des excavations, alors que de meilleures corrélations sont trouvées lorsque l'on considère la sismicité à proximité des zones de production. Les résultats de cette thèse ont démontré qu'une approche combinée associent les données sismiques et géotechniques à la modélisation numérique peut améliorer considérablement notre compréhension de la réponse des massifs rocheux à l'exploitation minière. La combinaison de ces méthodologies dans une approche intégrée peut réduire considérablement leurs limites explicites qui sont évidents lorsque ces instruments sont considérés séparément. / With the aim of better understanding interactions between stress modifications induced by mining and the generation of seismic activity, a deep area of Garpenberg mine (Sweden) was instrumented by Ineris with microseismic probes and geotechnical cells. Spatiotemporal analysis of recorded seismicity between 2015 and 2016, as well as seismic source parameters, have highlighted two types of seismic rock mass responses: one local and temporally short directly induced by production blasts, the other long-lasting over time and remote from excavations being mainly controlled by geological heterogeneities. Geotechnical data analysis showed the occurrence of aseismic deformations, as well as creep phenomena induced by mining exploitation. In addition, seismic activity decays proportional to the decaying rate of measured strains. This latter observation implies that creep may be another mechanism driving seismicity, in addition to the immediate stress change induced by blasting. In the last part of this thesis, a 3D elasto-plastic geomechanical model has been realized and its results have been compared with geophysical data. This comparison showed that mine-wide numerical models can be suitable for the analysis of mining induced seismicity at large-scale. However, there are some aspects of the induced seismicity that the model cannot fully explain. This is particularly true for remote seismicity occurring at a distance from excavations, while better correlations are found when considering seismicity close to production areas. Results of this thesis demonstrated that a combined approach which associates seismic and geotechnical data with numerical modelling can significantly improve our understanding of the rock mass response to mining. The combination of these methodologies in an integrated approach can significantly reduce their straightforward limitations, which appears evident when these instruments are considered separately.

Les fortes précipitations sont parmi les phénomènes météorologiques les plus dangereux pouvant causer des dégâts matériels, des blessés et des morts. Le programme de recherche HyMeX (Hydrological cycle of the Mediterranean eXperiment) s'intéresse à leur étude sur le bassin méditerranéen et plus particulièrement sa partie nord occidentale. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté en particulier sur l'étude des mécanismes associés aux événements de fortes précipitations (High Precipitation Events, HPE) se produisant en Corse. Une climatologie des HPE en Corse sur une durée de 31 ans a été réalisée ainsi que l'étude détaillée de trois HPEs de l'automne 2012 pendant la campagne de mesures d'HyMeX. Ces trois cas d'études sont abordés par le biais de l'analyse des données et par celui de la modélisation. L'étude climatologique a montré que 173 HPEs (caractérisés par plus de 100 mm de précipitations en 24h) se sont produits en Corse sur la période 1985-2015. Ils sont principalement caractérisés par le fait qu'ils affectent plutôt la partie orientale de la Corse, plus particulièrement son orographie. Ces HPEs se produisent surtout de septembre à décembre avec un maximum en octobre. Une analyse en composantes principales a permis de classer ces événements en trois catégories. Les dépressions méditerranéennes chaudes d'automne, celles d'hiver froides, et une catégorie dite mixte associée aux dépressions atlantiques de grande échelle. Les précipitations les plus fortes sont observées quand l'orographie corse fait obstacle à un flux de sud-est chaud et humide. Les cas d'études présentés sont tous les trois différents en terme de mécanismes impliqués. Le cas du 4 septembre 2012 est associé à une dépression stationnaire donnant des précipitations sur toute la Corse avec un maximum sur le littoral et le relief de l'est de l'île. Celui du 31 octobre correspond à une dépression se déplaçant rapidement et induisant une évolution en plusieurs phases associée à un flux de basse couche initialement de sud-est tournant à l'ouest, associé à des précipitations d'abord convectives le long du relief oriental puis évoluant au fur et à mesure en pluies stratiformes sur l'ouest et le sud-est de l'île. Le dernier cas, du 23 octobre, est composé d'une ligne de cellules convectives résultant d'une convergence stationnaire au sud-est, sous le vent de la Corse. Les cellules convectives sont advectées vers l'île par le flux de sud-est de moyenne et haute altitude. Cette configuration permet la stationnarité de la ligne convective, provoquant un épisode de précipitations relativement court et très localisé. Les résultats de ce travail confirment que le modèle numérique Meso-NH permet de bien simuler ce type de phénomène avec une précision satisfaisante à une résolution horizontale de 2,5 km. Cependant, cette étude met également en évidence l'importance de la bonne représentation des conditions initiales. En outre, la distribution spatiale des précipitations dépend fortement de la représentation de l'orographie dans le modèle et de la résolution horizontale. Elle est améliorée quand on utilise une résolution de 500m. / Heavy precipitation is one of the primal meteorological reasons for property damage, injuries, and deaths. In the framework of the Hydrological Cycle of the Mediterranean (HyMeX) program, heavy precipitation is analyzed throughout the entire Mediterranean basin with a special focus on the northwestern Mediterranean. This work studies in particular the mechanisms of high precipitation events (HPEs) on Corsica. For this purpose, a 31 year (1985 - 2015) climatology of HPEs on Corsica is presented. In addition, three HPEs during autumn 2012 are analyzed in detail using observations and numerical modeling. A climatology of 173 events shows that the eastern half of Corsica, specifically the orography, is most affected by high precipitation events. The months from September to December, most of all October, are identified as most prone to heavy precipitation events over Corsica. A principal component analysis is used to classify the events into three categories, which correspond to warm autumn and cold winter Mediterranean cyclones as well as a mixed category which contains also larger scale Atlantic cyclones. The heaviest precipitation is observed when warm moist southeasterly flow encounters the Corsican orography. In addition, three case studies are presented, each with different mechanisms involved. A stationary cyclone on 4 September 2012 led to widespread precipitation over Corsica with the most intense rain observed over the east of the island, along the coast and the orography. On 31 October, a fast moving cyclone caused a multi-phase event, which was characterized by low level wind turning from southeast to west while precipitation gradually changed from convective along the orography in the east of the island to stratiform mainly over the west and southwest. The last event, 23 October 2012, was comprised of a line convective cells which formed over stationary lee side convergence southeast of Corsica. The convective cells were advected toward the island by the mid- and upper level southeasterly wind. These conditions allowed the convective line to remain stationary, resulting in a highly localized and relatively short event. The findings confirm that the numerical model Meso-NH is well capable of simulating such events with satisfactory precision at a grid spacing of 2.5 km. However, the studies also underline the importance of well captured initial conditions. Additionally, the spatial distribution of precipitation is highly dependent on the representation of the orography in the model as well as the horizontal grid spacing and is improved when using a horizontal grid spacing of 500 m instead.

La pollution d’aquifères par des hydrocarbures est très persistante et difficile à traiter, devenant un enjeu majeur pour l’environnement en raison de l’effet négatif sur la santé humaine. La génération de mousse in situ combinée au lavage de sols est une technique de dépollution innovante, permettant un meilleur contrôle de la mobilité des fluides dans des formations hétérogènes. Le but de cette méthode est de bloquer l’écoulement dans les couches à forte perméabilité pour améliorer l’efficacité de balayage des strates peu perméables.Le mémoire se divise en deux parties principales décrivant une étude expérimentale et une étude numérique.Une sélection préalable de tensioactifs respectueux de l’environnement à été réalisée sur la base de leur moussabilité. Le sucrose laurate (émulsifiant alimentaire) a été retenu et comparé avec un tensioactif dit classique. Des tests sur colonnes 1-D ont permis d’étudier l’influence de la perméabilité, du type de tensioactif et de la qualité de la mousse sur le facteur de résistance à la mobilité du gaz. Les résultats, interprétés à l’aide de la pression capillaire, révèlent deux régimes d’écoulement, correspondants aux deux textures de mousse : « weak » et « strong ». Des expériences sur pilotes 2-D hétérogènes ont permis de visualiser les différentes phases du processus de remédiation et de comparer l’efficacité de balayage avec et sans une région bloquée par de la mousse.La partie modélisation comprend une simulation numérique des tests sur colonne 1-D en utilisant le code UTCHEM et une étude de sensibilité des paramètres les plus importants du modèle, ainsi qu’une modélisation des tests de traçage sur pilote 2-D avec le code MODFLOW. / Aquifer pollution with hydrocarbons is very persistent and difficult to treat, becoming a major issue for the environment because of the negative effect on human health. In situ foam generation combined with soil washing is an innovative remediation technology that allows a better fluid mobility control in heterogeneous formations. The purpose of this method is to block the flow through the high permeability layers in order to improve the sweep efficiency of low permeability strata.The thesis is divided into two main parts describing an experimental study and a numerical study.A preliminary selection of environmentally-friendly surfactants was carried out on the basis of their foamability. Sucrose laurate (emulsifier from food industry) was selected and compared with a conventional surfactant. 1-D column tests were performed to study the influence of permeability, surfactant type and foam quality on the resistance factor. The results, interpreted using the capillary pressure, show two flow regimes, corresponding to the two foam textures: "weak" and "strong". Experiments on 2-D heterogeneous pilot allowed visualizing the different steps of the remediation process and comparing the sweep efficiency with and without a region blocked by foam.The numerical part includes modeling 1-D column tests using UTCHEM, a sensitivity study of the most important parameters of the model, and a simulation of tracer tests on 2-D pilot using MODFLOW.

Nous étudions dans ce travail la modélisation de la cristallisation d'une chambre magmatique fermée. Le modèle physique et mathématique couple trois phénomènes élémentaires : solidification, sédimentation et réactions chimiques entre solide et liquide magmatique. L'adimensionnement des équations aux dérivées partielles permet de faire apparaître deux paramètres exprimant les ratios respectifs de la vitesse de solidification sur la vitesse de déplacement et de la cinétique d'échange chimique sur la vitesse de déplacement. La vitesse de déplacement relatif entre le solide et le liquide, la vitesse de solidification et la loi de partage à l'équilibre sont supposées connues ; la loi d'équilibre chimique peut être non linéaire et s'appliquer aux éléments majeurs. Le modèle est écrit pour un constituant chimique. Il est scindé en deux sous modèles, celui de la cristallisation/sédimentation et celui du transport réactif. Le premier est exprimé par une équation de nature hyperbolique et est résolu par un schéma à trois points, le second est résolu par des schémas décentrés. Le code de calcul est écrit en langage Fortran 90, il est ensuite validé par des méthodes théoriques telles que la méthode des courbes caractéristiques, par des calculs analytiques ou par des considérations qualitatives. Les simulations numériques montrent que, pour certaines valeurs des paramètres adimensionnés et pour certaines formes de la loi d'équilibre chimique, la composition chimique de la chambre peut présenter une répartition non uniforme des compositions, en particulier bimodale (deux valeurs des concentrations sont privilégiées), à partir de conditions initiales homogènes. Le degré de cette bimodalité dépend notamment de la forme de la loi de partage à l'équilibre. Ce modèle fournit un cadre intellectuel pour discuter les phénomènes responsables de la variété de compositions des roches magmatiques, notamment dans une même province. Il montre en particulier que le couplage entre trois phénomènes élémentaires suffit à rendre compte de la bimodalité ou plus généralement de l'apparition de discontinuités de composition, sans faire intervenir de phénomène additionnel.

Cette thèse concerne la détermination des paramètres R et L de matériels bobinés à hautes fréquences par la méthode des éléments finis 3D. Les travaux se sont axés sur les transformateurs de puissance.<br />Le travail réalisé a consisté à développer une méthode permettant de s'affranchir du calcul des courants de Foucault par éléments finis. Cela a abouti au concept de perméabilité magnétique complexe. Par l'utilisation d'une formulation en potentiel scalaire magnétique et de la perméabilité complexe il a été possible de mettre en place une méthode de détermination des parmètres caractéristiques d'un transformateur de puissance. Paramètres sous forme matricielle qui seront utilisés pour des simulations de réseaux électriques.

Le volcanisme des zones de subduction est associé à la déshydratation de la plaque lithosphérique subduite. La présence d'eau permet d'abaisser les conditions nécessaires au déclenchement de la fusion partielle du manteau.<br /><br />Un modèle numérique bidimensionnel en éléments finis a été développé afin de déterminer l'influence des paramètres géométriques de la subduction sur cette fusion partielle. Ce modèle intègre de manière couplée la résolution des équations de la mécanique des fluides, le calcul de la fusion partielle et les transferts d'eau entre les différentes phases minéralogiques du manteau et de la croûte. Du point de vue technique, les équations de conservation de l'énergie sont résolues par une méthode de type Galerkin tandis que les équations de conservation de la masse et du moment utilisent une procédure de pénalisation. La prise en compte des transferts de fluides se fait par le biais d'une méthode de traceurs. Chacun d'entre eux porte une information de composition minéralogique et de teneur en eau. En fonction des conditions de pression et de température, nous pouvons déterminer, à partir d'un diagramme de phase, les teneurs maximales en eau que peut accepter un traceur et donc évaluer la migration du fluide.<br /><br />Les résultats obtenus sont en accord avec les données géochimiques enregistrées en surface dans les laves des arcs<br />volcaniques. Ainsi, une augmentation de l'épaisseur de la croûte chevauchante est associée à une diminution de la production magmatique totale, tandis qu'une augmentation du taux de convergence des plaques est corrélée avec une augmentation du taux de fusion partielle.

Les deux principales approches de modélisation des inondations en milieu urbain sont l'approche unidimensionnelle et l'approche bidimensionnelle. La modélisation bidimensionnelle fournit à priori une représentation plus réaliste des phénomènes que la modélisation unidimensionnelle, mais reste difficilement utilisable en pratique sur des secteurs de grande superficie. En effet, la variabilité de la géométrie urbaine implique des coûts de maillage et des temps de calcul prohibitifs, ainsi que des besoins en données considérables. Cette thèse de doctorat a pour objet l'étude de formulations alternatives à la modélisation bidimensionnelle classique.<br />Dans une première partie, on cherche à représenter un carrefour par une relation de répartition des débits, destinée à être intégrée dans un modèle unidimensionnel. Une relation conceptuelle a été couplée avec un modèle unidimensionnel utilisant l'approximation de l'onde cinématique pour simuler l'inondation du quartier Richelieu à Nîmes. Une relation empirique de répartition a été développée pour des carrefours à quatre branches à partir de simulations numériques bidimensionnelles.<br />La deuxième partie de la thèse porte sur la modélisation bidimensionnelle macroscopique. Cette approche consiste à décrire la zone urbaine à grande échelle par des propriétés statistiques telles que la porosité. Des zones urbaines de grande étendue peuvent ainsi être maillées de façon relativement grossière, ce qui contribue à réduire considérablement les temps de calcul. Un tenseur de pertes de charge singulières a été introduit pour représenter l'influence des singularités urbaines. Sa formulation a été développée à partir de simulations bidimensionnelles sur des réseaux de rues synthétiques. La modélisation macroscopique a été validée sur des cas-tests expérimentaux faisant appel à des modèles réduits et donne des résultats satisfaisants.<br />En parallèle, un solveur de Riemann d'état approché a été développé pour les équations de propagation classiques. Les invariants de Riemann sont exprimés en fonction des flux en tenant compte des termes source, ce qui permet un calcul direct des flux aux interfaces entre cellules. Divers cas-tests numériques montrent une nette amélioration par rapport aux solveurs classiques tel que le solveur HLL/HLLC.

La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves

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.