Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.<br />Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.

linéarités de comportement des sols Cette thèse traite de la réponse locale de bassins sédimentaires à des mouvements sismiques faible et fort en utilisant la modélisation numérique (SEM et FEM). A faible niveau de distorsion, des configurations théoriques 3D et 2D sont prises en compte pour l'étude des effets de site linéaires: dans le cas de bassins 3D à symétrie de révolution, on identifie les conditions d'existence de la «résonance 3D» en fonction des paramètres géométriques et rhéologiques. Dans le cas 2D, la réponse sismique de deux vallées alpines est modélisée: les résultats sont cohérents avec les phénomènes observés dans la réalité. A fort niveau de distorsion, la formulation théorique 3D d'un modèle viscoélastique non linéaire (VNL) est proposée. Son implémentation par la méthode des éléments finis dans le cas 1 D permet de l'appliquer à un cas réel (Kushiro, 1993). Les résultats obtenus sont comparés à ceux d'autres modèles (linéaire équivalent et élastoplastique) et à l'enregistrement réel de surface.

Cette thèse porte sur la modélisation et la caractérisation mécanique sous sollicitation dynamique d'impact d'une structure de protection contre les chutes de blocs rocheux. L'ouvrage est un merlon construit à partir d'un assemblage de cages grillagées parallélépipédiques remplies d'un matériau granulaire (ou cellules). Une approche multi-échelles est utilisée pour l'étude du comportement de l'ouvrage. La méthode aux éléments distincts est employée pour la modélisation numérique de la structure et de ses composants. Le grillage à maille hexagonale des cellules est modélisé à partir d'une description discrète de la nappe. Le comportement élasto-plastique du métal est décrit jusqu'à la rupture. Après le couplage du grillage avec le milieu granulaire effectué sous le même environnement de calcul, le comportement mécanique d'une cellule est étudié suivant différents chemins de sollicitation en conditions quasi-statiques puis dynamiques. De ces essais, un modèle constitutif représentatif du comportement macroscopique d'une cellule est proposé permettant le passage à l'échelle de la structure. Cette dernière est modélisée à partir d'éléments discrets dont les interactions sont décrites par le modèle constitutif. L'étude du comportement de l'ouvrage face à une sollicitation dynamique localisée est effectuée dans le but d'identifier l'influence des paramètres structurels et l'influence des conditions d'impact.

Cette recherche s'inscrit dans le cadre de l'étude de la durabilité des ouvrages en béton en cas d'incendie. Les études expérimentales montrent l'influence importante de la température sur le comportement des bétons et notamment des BHP. La présente recherche a pour objet d'identifier les mécanismes élémentaires conduisant à la dégradation des bétons sous l'effet de la température et de proposer ainsi un modèle prédictif permettant l'évaluation de l'endommagement des bétons sous l'effet de la température. L'endommagent thermique du béton observé expérimentalement est en fait la résultante de plusieurs mécanismes élémentaires qui se produisent à différentes échelles du matériau. La démarche adoptée consiste à découpler l'endommagement thermique d'origine mécanique (accompagné des déformations) et qui a lieu à l'échelle macroscopique et microscopique de l'endommagement thermique d'origine physico-chimique (non accompagné de déformations) et qui est dû principalement aux transformations physico-chimiques de la matière. A l'échelle mésocopique, nous postulons l'existence d'une déformation supplémentaire, appelée déformation micromécanique, responsable de l'endommagement par dilatation différentielle entre le mortier (ou ciment) et les granulats. L'approche est basée sur l'exploitation simultanée du modèle multiphasique Béton Numérique (BN) et du modèle d'endommagement déviatorique (MODEV), implantés dans le code de calcul aux éléments finis SYMPHONIE. Une étude expérimentale a été réalisée afin d'alimenter et de valider le modèle d'endommagement thermique. Cette étude a porté sur 5 matériaux cimentaires, à savoir ; une pâte de ciment, un mortier, un béton ordinaire, un BHP à granulats calcaires et un BHP à granulats silico-calcaires. Des essais de flexion trois points ont été effectués sur des éprouvettes ayant subits au préalable un cycle de chauffage- refroidissement. L'approche multi échelles du modèle BN a permis de retrouver par simulation le comportement à chaud observé expérimentalement. Ceci est effectué en simulant les différents essais réalisés dans le cadre de la présente recherche. L'approche "Béton Numérique" a permis de mettre en évidence l'existence de la déformation micromécanique d'une part et de proposer une approche originale permettant l'identification par simulation des lois de comportement des bétons à hautes températures. Cette approche a été également appliquée avec succès pour expliquer les observations expérimentales du comportement thermomécanique du béton sous chargement mécanique, appelé communément « fluage thermique transitoire ». En fin, une application aux bétons réfractaires soumis à des très hautes températures a été réalisée.

Les marges passives présentent de nombreux indices de déformations postérieures à l'épisode de subsidence thermique, successif au rifting. Parmi ces déformations, la plus argumentée dans la littérature est la surrection, bien reconnue sur les marges nord-ouest européennes, ouest africaines, sud-ouest brésiliennes et indiennes. Elle est responsable d'une topographie élevée, ainsi que de perturbations importantes des systèmes sédimentaires marins et continentaux (identifiables sur images satellitaires). Des indices d'une tectonique récente en raccourcissement (plissements, failles...) sont également décrits sur ces marges et les données de sismicité, de mouvements de plaques tectoniques (DORIS), et des indications géologiques sont en faveur de contraintes compressives actuelles sur les marges passives péri-atlantiques Les causes suggérées de ces déformations sont diverses. Facteurs climatiques, tectonique régionale, ridge-push, point chaud, etc, sont envisagés dans la littérature. La modélisation nous permet de tester l'influence de certains de ces mécanismes sur la surrection et/ou le style et la localisation de la déformation. Le raccourcissement tectonique et l'influence des point-chauds ont ainsi été testés grâce à la modélisation analogique. Il en découle que les rhéologies des lithosphères océaniques et continentales, et les contrastes de résistance et de densité existant, ont une grande influence sur le style et la localisation des déformations. Un modèle numérique 2D en éléments finis nous permet de connaître l'influence de la thermicité initiale sur la déformation observée après le breakup. Ce modèle démontre notamment qu'une surrection des marges passives peut être induite par leur évolution thermique et que cette surrection est plus importante pour les marges volcaniques que pour les marges non-volcaniques. La rhéologie aura quant à elle une grande influence sur le style et la localisation de la déformation en compression, lorsque la marge est soumise à un raccourcissement horizontal. Il résulte de ces observations et modélisations que la déformation récente des marges passives est liée à des associations différentes de mécanismes selon chaque marge. Cependant certains mécanismes pourraient favoriser ces déformations (ridge-push ou contrainte compressive régionale, points chauds mis en place lors de leur formation ou postérieurement).

Ce travail est une contribution à l'analyse de la tenue mécanique de milieux hétérogènes soumis à des chargements variables et bornés. On propose une méthode numérique permettant d'étudier, par une approche directe essentiellement basée sur le théorème statique de Melan, l'adaptation de matériaux élastoplastiques parfaits à microstructure hétérogène, périodique et tridimensionnelle. L'objectif est de coupler la théorie de l'adaptation élastoplastique, permettant d'étudier le comportement de milieux soumis à des chargements variables, avec la théorie de l'homogénéisation périodique, permettant de prendre finement en compte l'influence du comportement microscopique de milieux hétérogènes sur leur comportement macroscopique. La méthode consiste à résoudre le problème d'adaptation sur une cellule de base 3D -considérée comme une microstructure représentative des hétérogénéités- et à exprimer les résultats, par l'intermédiaire de relations de moyenne, en termes de domaines admissibles de chargements extérieurs : les déformations et contraintes macroscopiques. Numériquement, ceci se traduit par le couplage entre un code éléments finis, permettant de prendre en compte l'aspect homogénéisation du problème en formulant rigoureusement les relations de périodicité et de moyenne, et un logiciel d'optimisation non linéaire sous contraintes, permettant d'expliciter le problème d'adaptation. La méthode est appliquée à des milieux 3D classiques ainsi qu'à des structures de type plaque mince périodique. Au terme de ce travail, on dispose d'un outil numérique général, en ce sens qu'il permet d'étudier comment éviter la rupture, par dissipation plastique illimitée, de milieux périodiquement hétérogènes, et ce, quelle que soit la cellule de base 3D considérée.

La modélisation numérique du comportement différé des ouvrages souterrains, excavés à grande profondeur dans des roches sensibles au fluage, est actuellement un sujet de première importance. Cette étude se compose d'un premier volet bibliographique et théorique, d'un second volet expérimental, et d'applications numériques réalisées sur des tunnels et des cavités souterraines. D'un point de vue théorique, la loi viscoplastique de Lemaitre est retenue et implémentée dans le code aux différences finies, FLAC 2D. Un intérêt particulier est porté sur l'étude de la stabilité de la solution numérique en mode de résolution explicite. Cette loi fait également l'objet d'un développement analytique en déformations planes, pour les cavités cylindriques. L'étude expérimentale est réalisée sur les argilites du site de l'Est de l'ANDRA, au moyen d'essais de relaxation, et d'essais de chargement à vitesse de déformation imposée. L'objectif est d'ajuster une loi de Lemaitre, qui soit représentative de la tendance de l'évolution du comportement à long terme. Des résultats d'analyses microstructurales sont présentés pour mieux appréhender les mécanismes de déformations différées. L'étude de cas porte sur la galerie de reconnaissance du tunnel du Mont Terri (Suisse). Sa finalité réside dans la détermination de jeux de paramètres de la loi de Lemaitre à partir des mesures de convergences in situ. L'application de la méthodologie est alors proposée pour les ouvrages de stockage de déchets nucléaires à grande profondeur (expérience E-REP avec l'ANDRA).

La simulation numérique du fonctionnement des dispositifs électromécaniques doit prendre en compte simultanément les aspects magnétiques, électriques et mécaniques en présence. En effet, les convertisseurs étudiés sont généralement reliés à un circuit d'alimentation électrique et possèdent des pièces magnétiques et conductrices en mouvement. Les modélisations proposées sont basées sur la méthode des éléments finis qui permet une discrétisation des équations des phénomènes physiques à traiter. Une formulation du problème des courants induits avec mouvement est présentée, ainsi que les couplages nécessaires avec les équations électriques et cinématiques. L'essentiel des travaux porte sur les techniques de prise en compte du mouvement dans un tel contexte. Deux méthodes sont alors proposées et comparées : le couplage des éléments finis avec des équations intégrales de frontières d'une part, et des procédures de remaillage automatique d'autre part. Une approche originale de maillage à l'aide de boules est présentée. Les développements réalisés sont appliqués pour l'étude 2D de dispositifs électromécaniques industriels. Les modélisations permettent d'étudier l'influence de phénomènes tels que les courants induits ou les saturations magnétiques sur leur fonctionnement.

Les matériaux polymères sont largement utilisés en tant qu'isolants dans les domaines du génie électrique, de l'électronique de puissance et de la microélectronique. Ces diélectriques sont principalement en contact avec d'autres composants: avec des semi-conducteurs et des métaux dans les câbles haute tension, avec des substrats et d'autres diélectriques dans les systèmes multicouches. Ces interfaces sont omniprésentes, et contribuent à l'injection et l'accumulation de charges d'espace dans les diélectriques solides. D'autre part, au cours de leur vie, ils sont soumis à de nombreuses contraintes, de température, de champ... Ces contraintes peuvent conduire à la dégradation prématurée et à la rupture diélectrique du matériau par une distorsion du champ électrique, et conduire au dysfonctionnement du système. Des études antérieures, expérimentales et de simulations, ont montré l'importance des interfaces sur la génération de charges à l'intérieur du diélectrique, mais les approches théoriques comme la loi d'injection Schottky ne fournissent pas une description adéquate pour des courants expérimentaux. Cependant les recherches récentes montrent que les états de surface qui se forment à l'interface métal/isolant jouent un rôle important sur le comportement des diélectriques. L'injection de charges est principalement affectée par la nature du contact et des états de surface. L'enjeu de ce travail est de comprendre les phénomènes en jeu à une interface métal/isolant, afin de les modéliser correctement. Ce travail est basé sur une approche duale modélisation et expérience. L'isolant retenu est ici est le polyéthylène basse densité (LDPE). Dans un premier temps, nous avons caractérisé expérimentalement des interfaces métal/isolant. Dans un seconde temps, nous avons développé un modèle numérique capable de prendre en compte les états de surface. L'approche est originale, puisque l'étude porte sur l'injection et le transport de charges en tenant compte d'une distribution exponentielle des états d'énergie à l'interface.

Le cadre général de ce travail concerne la modélisation du comportement mécanique sous impact de merlons de protection contre les chutes de blocs rocheux. Les ouvrages ciblés sont à technologie cellulaire, et sont composés de gabions à enveloppe grillagée remplis de matériaux granulaires (pierres concassées ou mélange de sable et de déchiquetas de pneus). L'absence de recommandations relatives au dimensionnement de ce type de structure de protection a conduit à la mise en place du projet ANR REMPARe couplant expérimentations in situ et modélisations numériques. Dans le cadre de ce projet, une méthode numérique innovante couplant les approches discrète et continue a été développée. Localement, la méthode des éléments discrets est employée pour conserver la précision de modélisation dans les zones fortement sollicitées proches de l'impact. Le remblai technique aval, peu sollicité, a été discrétisé par une méthode continue aux différences finies. La jonction entre ces deux zones fait l'objet d'un couplage basé sur des critères de conservation d'énergie et de condition cinématique en déplacement. Un modèle de comportement pour les gabions a été proposé et calibré à partir d'essais expérimentaux réalisés à l'échelle de la cellule. Des simulations d'impacts sur un merlon de protection prototype ont été menées puis validées par comparaison avec les mesures issues des expérimentations en vraie grandeur. Afin d'améliorer la compréhension des mécanismes engendrés, l'étude paramétrique portant sur les propriétés des matériaux et les caractéristiques d'impact a permis d'évaluer leur influence sur le mécanisme d'impact.