Les disjoncteurs à haute tension, présents dans le réseau électrique, permettent d'assurer en toute sécurité la distribution de l'électricité. Lorsqu'un défaut est détecté, ou lors d'une intervention de maintenance, l'ouverture des contacts électriques au sein du disjoncteur entraine l'apparition d'un arc électrique à ses bornes. La protection et la coupure ne seront effectives que lorsque l'arc électrique aura été coupé. De nombreux paramètres, géométriques et physiques entrent en jeu dans la capacité de coupure d'un disjoncteur. L'objectif de ces travaux de thèse consistait à analyser l'impact du plasma sur les différents matériaux constituant le disjoncteur. Une démarche purement théorique est abordée à travers l'utilisation du logiciel commercial ANSYS Fluent. Ces travaux sont menés en collaboration avec la société Siemens qui fournit les données expérimentales indispensables à la discussion et à la validation du modèle. Dans ce travail nous considérons dans un premier temps l'ablation des tuyères en téflon. Ce phénomène est pris en compte dans notre étude, au travers d'un modèle d'ablation basé sur la théorie de T. Christen. L'ablation des parois joue un rôle fondamental sur la montée en pression dans les volumes de chauffage, et a une incidence directe sur la réalisation de la coupure. Ainsi le rôle et la quantification des vapeurs de C2F4 sont discutés et détaillés. La deuxième interaction plasma/matériau qu'il convenait d'étudier est celle avec l'électrode mobile constituée d'un mélange tungstène cuivre. Cette interaction est rarement étudiée au niveau des travaux de la littérature. La mise en place nécessite le développement de modèles de sous couches, en proche voisinage de l'électrode, basés sur des balances d'énergie et de flux qui permettent de déterminer par des approches hors équilibre la température des électrodes et le taux de production de vapeurs. Sur une configuration réelle de disjoncteur les caractéristiques temporelles des grandeurs physiques (température, vitesses, pression) et électriques (courant, tension) sont présentées et discutées dans la phase fort courant. Nous concluons sur la nécessité de considérer l'ablation du C2F4 pour une bonne description de la montée en pression dans les volumes de chauffage car ils conditionnent le soufflage au moment du passage par le zéro du courant, et sur la nécessité de prendre en compte les vapeurs de cuivre car celles-ci sont présentes au passage par zéro du courant et conditionnent alors le pouvoir de coupure du disjoncteur. / High-voltage circuit breakers, present in the power grid, ensure in safety the electricity distribution. When an error is detected, or for a maintenance operation, the opening of the electrical contacts within the circuit breaker causes the appearance of an electric arc at its terminals. Protection and cut-off will only be effective if the electrical arc cut off. Many parameters, geometric and physical, are involved in the breaking capacity of a circuit breaker. The aim of this work is to analyze the impact of plasma on the various materials making up the circuit breaker. A purely theoretical approach is tackled through the use of the commercial software ANSYS Fluent. This work is carried out in collaboration with Siemens, which provides the experimental data necessary for the discussion and validation of the model. In this work, we first consider the ablation of teflon nozzles. This phenomenon is taken into account in our study, using an ablation model based on the theory of T. Christen. The ablation of the walls plays a fundamental role on the rise in pressure in the heating volumes, and has a direct effect on the cut-off realization. Thus, the role and quantification of C2F4 vapors are discussed and detailed. The second plasma / material interaction that should be studied is that with the mobile electrode made of a tungsten copper mixture. This interaction is rarely studied in the literature. The implementation requires the development of sub-layers models in the vicinity of the electrode, based on energy and flux balances, which make it possible to determine by non-equilibrium approaches the temperature of the electrodes and the rate of vapor production. On a real circuit breaker configuration, the temporal characteristics of the physical (temperature, velocities, pressure) and electrical (current, voltage) quantities are presented and discussed in the high current phase. We conclude on the need to consider the ablation of C2F4 for a good description of the rise in pressure in the heating volumes because they condition the blowing at the moment of current-zero and on the need to take into account the copper vapors because these are present at the zero crossing of the current and then condition the breaking capacity of the circuit breaker.

Le phénomène de coup de terrain est une explosion violente de roche qui peut se produire dans les mines souterraines. Dans la présente recherche, nous avons essayé de démontrer les causes qui peuvent influer sur la prédisposition aux coups de terrain en utilisant la modélisation numérique. Cependant, avant tout, l'état de contrainte avant l'exploitation minière et les contraintes induites par les excavations environnantes doivent être étudiés avec précision. La mine de charbon de Provence, qui a subi un phénomène de coup de terrain au niveau de son puits vertical entouré de nombreux panneaux de longue taille, a été choisie comme cas d’étude. Un modèle numérique 3D à grande échelle a été construit pour inclure la zone du puits vertical avec ses piliers et galeries à petite échelle et les panneaux de longue taille à grande échelle avec leurs zones de foudroyage associées. Plusieurs problèmes ont été rencontrés lors du développement de ce modèle numérique à grande échelle. Le premier porte sur l'initialisation de l'état de contrainte à grande échelle, où les contraintes verticales mesurées divergent avec le poids des déblais et les contraintes in situ sont très anisotropes. Le deuxième porte sur la simulation de la zone de foudroyage associée aux panneaux de longue taille. Le troisième concerne l'évaluation de l’instabilité du pilier en fonction de son ratio résistance/contrainte moyenne et de son volume. Le quatrième concerne l'évaluation de la prédisposition aux coups de terrain au niveau du puits vertical en fonction de différents critères. Cinq méthodes ont été développées pour initialiser l’état de contrainte hétérogène dans le modèle numérique à grande échelle avant l’exploitation minière. Elles sont basées sur la méthode de corrélation Simplex, qui consiste à optimiser la différence entre les valeurs de contrainte mesurées in-situ et les valeurs numériques. Le but est de développer des gradients qui soient capables d'exprimer l'hétérogénéité de la contrainte et qui soient compatibles avec les mesures in-situ. La méthode basée sur l’initialisation de l'état de contrainte avec des gradients 3D s’est avérée plus efficace que celle traditionnelle basée sur les ratios de contrainte horizontale à verticale. Concernant la simulation du foudroyage, trois modèles ont été développés et intégrés dans le modèle numérique pour exprimer le comportement mécanique dans la zone de foudroyage au-dessus des panneaux de longue taille. Deux d’entre eux sont basés sur un comportement élastique alors que le troisième est basé sur un comportement elasto-plastique avec écrouissage un phénomène de consolidation. Il a été constaté que la zone de foudroyage au-dessus des panneaux de longue taille peut atteindre 32 fois l'épaisseur de la couche exploitée et que le module d'élasticité de la partie la plus endommagée de la zone foudroyée ne doit pas excéder 220 MPa pour satisfaire la convergence toit-mur. Mais, avec l'avancée de l'exploitation, ce matériau souple se compacte sous la pression des couches supérieures. Dans le cas d'une largeur critique et super-critique, la contrainte verticale dans la zone de foudroyage pourrait dépasser le poids des déblais et pourrait augmenter jusqu'à 4 fois ce poids sur les bords. La contrainte verticale a augmenté dans les piliers au niveau du puit vertical suite à l'exploitation des panneaux de longue taille à proximité. Il a été constaté que le volume du pilier joue un rôle important dans sa stabilité. Le rapport contrainte/résistance a été jugé insuffisant pour expliquer un coup de terrain. Plusieurs critères ont été intégrés au modèle numérique pour évaluer la prédisposition aux coups de terrain. Il a été constaté que les critères basés sur les contraintes et les déformations sont capables d'évaluer la prédisposition aux coups de terrain / Rockburst is a violent explosion of rock that can occur in underground mines. In the current research, the main objective is to demonstrate the causes that may influence the rockburst proneness by using the numerical modeling tool. However, firstly, the pre-mining stress state and the induced stresses due to surrounding excavations have to be studied precisely. The Provence coal mine, where a rockburst took place in its shaft station that is surrounded by many longwall caving panels, has been chosen as a case study. A large-scale 3D numerical model has been constructed to include the shaft station area with its small-scale pillars and galleries, and the large-scale longwall panels with their accompanying goaf area. Many problems appeared while developing such large-scale numerical model, the first problem was the initialization of stress state at a large-scale, where the measured vertical stresses are in disagreement with the overburden weight, and the in-situ stresses are highly anisotropic. The second problem was the simulation of the goaf area accompanying longwall panels. The third problem was the assessment of pillars instability in terms of its strength/average stress ratio, and its volume. The Fourth problem was the assessment of rockburst proneness in the shaft station based on different rockburst criteria. Five methods were developed to initialize the heterogeneous pre-mining stress in the large-scale numerical model. These methods are based on the Simplex Method, which is mainly based on optimizing the difference between the in-situ measured stress values and the numerical stress values to develop stress gradients able to express the stress heterogeneity and compatible with the in-situ measurements. The method that is based on initiating the stress state with 3D stress gradients was found to be more efficient than the traditional method that is based on the horizontal-to-vertical stress ratios. Regarding the goaf simulation, three models were developed and implemented in the numerical model to express the mechanical behavior within the goaf area above longwall panels. Two of these models are based on an elastic behavior, and the third one is based on the strain-hardening elasto-plastic behavior that takes the consolidation phenomenon into consideration. It was found that the goaf area above longwall panels could reach up to 32 times the seam thickness, and the elastic modulus of caved area (the first few meters in the goaf area) did not exceed 220 MPa to fulfill the roof-floor convergence. But, with advance of the exploitation, this soft material consolidated under the pressure of the overlying strata. In case of critical and super-critical width, the vertical stress in the goaf area exceeded the overburden weight, and it increased up to 4 times the overburden weight on the rib-sides. The vertical stress increased in the shaft station pillars as a result of exploiting the nearby longwall panels. It was found that the pillar volume plays an important role in its stability. And, the strength/stress ratio was found to be insufficient to quantify the rockburst proneness in underground mines. Many rockburst criteria were implemented in the numerical model to assess the rockburst proneness. It was found that the criteria that are based on stress and strain changes were able to assess the rockburst proneness

La simulation détaillée au niveau carte de ces nouveaux types de packages est quasiment impossible du fait de la limitation des moyens de calculs actuels. En outre, dans la plupart des cas de conception électronique, seule l’estimation des températures en quelques points est intéressante. Une étude détaillée au niveau composant n’est pas nécessairement pertinente. Il faut donc un compromis entre faisabilité et/ou rapidité des calculs et une précision sur les paramètres importants. Une alternative est de trouver des modèles comportementaux équivalents aux modèles détaillés, capable de reproduire son comportement thermique aux points cruciaux. C’est dans cette optique que le projet européen DELPHI (Development of libraries of physical models of electronic components for an integrated design environment) a été initié en 1993. L’objectif de ce projet était de pouvoir générer un modèle compact à partir d’un modèle détaillé d’un composant électronique. Celui-ci a ainsi abouti à une standardisation du processus de génération des modèles mis en oeuvre. Néanmoins, les avancées issues de ce projet sont limitées aux composants mono-puces et à leur comportement thermique en régime permanent. L’objectif de cette thèse est d’avoir une approche multi-échelle de la génération de modèles compacts et leur interaction avec la carte. La modélisation multi-échelle consiste à la génération de modèles mono-puces ou multi-puces et leur réutilisation éventuelle dans des systèmes plus complexes tels que le PCB ou les « System-In-packages ». / This thesis is dedicated to the generation of behavioral thermal model for electronic component having multiple active sensitive chips. This innovative study focuses on the necessary improvements of the concept of steady-state and dynamic compact model in order to elaborate pertinent and accurate modeling practical techniques. To help the electronic designer to early identify the overheated electronic components, the purpose is to generate simplified models, capable to mimic the thermal behavior of sophisticated detailed models. These simplified or compact models using well-known thermal resistances network replicate the thermal path from the most sensitive elements to the external package surfaces and enable to accurately predict their temperatures as well as the case heat flow rates. Preliminary evaluations performed on the popular, plastic Quad Flat-pack No lead package family showed that the simplest network definition, restricted to the heating source and two external surfaces, is always insufficient to properly characterize the thermal response of real device. So our development of steady-state compact thermal model (CTM) for electronic component is based on a process flow defined by the European project DELPHI which was revised by the presented work to address multi-chip components. DELPHI style compact thermal model presents an enlarged node number, especially for the component external surfaces which are divided in a set of relevant areas.

L'évolution topographique des chaînes de montagne résulte d'interactions complexes entre la tectonique et le climat via l'action des processus de surface. La quantification de l'évolution du relief passe par le développement d'outils méthodologiques permettant d'identifier les processus mis en jeu pour des échelles de temps (103-106 années) et d'espace (1-100 km) caractéristiques de contextes orogéniques. Dans cette étude, l'évolution Néogène et Quaternaire du relief des Alpes Européennes est abordée à partir d'une approche couplant la thermochronométrie basse-température in-situ (essentiellement (U-Th-Sm)/He et 4He/3He sur apatite) et la modélisation numérique. Le développement d'une méthode numérique associant la modélisation thermo-cinématique (Pecube) à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm) permet l'interprétation quantitative de données thermochronologiques en termes d'histoires d'exhumation et d'évolution du relief. La quantification de l'évolution du relief reste néanmoins problématique et fortement dépendante du contexte géomorphologique étudié. Cette étude implique la nécessité de repenser a priori la stratégie d'échantillonnage et d'interprétation des données suivant le contexte géomorphologique considéré et le signal d'exhumation que l'on cherche à quantifier via la thermochronologie. Enfin, l'application de cette approche à un jeu de données thermochronologiques échantillonnées dans le massif des Ecrins-Pelvoux (Alpes françaises) révèle l'existence d'un épisode d'exhumation rapide cessant autour de ~5-6 Ma, encadré par des taux d'exhumation plus modérés. Cependant, les données ne permettent pas de conclure quant à l'évolution tardi-Néogène du relief dans le massif des Ecrins-Pelvoux. L'application de la thermochronométrie 4He/3He dans la vallée du Rhône (Alpes suisses), couplée à des données thermochronologiques issues de la littérature, confirme un épisode d'exhumation rapide jusqu'à ~5-7 Ma, et révèle une augmentation majeure du relief local (~1-1.5 km) associée au creusement des vallées par d'importants appareils glaciaires. Le début de cette phase de creusement correspond à la transition climatique Mi-Pléistocène (~1 Ma) depuis des cycles glaciaires symétriques de 40 ka vers des cycles asymétriques (100 ka) de plus forte amplitude. Ces données permettent également de reconstruire la topographie pré-glaciaire du bassin versant du Rhône, et ainsi d'évaluer, à une échelle plus globale, l'impact des glaciations Pléistocènes sur l'évolution du relief. Des résultats préliminaires issus de la modélisation numérique des processus glaciaires mettent en évidence le potentiel d'une telle approche afin de tester quantitativement l'influence de la transition climatique Mi-Pléistocène sur le développement du relief alpin, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. Enfin, l'étude de l'évolution topographique post-glaciaire dans le massif des Ecrins-Pelvoux (modélisation numérique et utilisation du 10Be cosmogénique produit in-situ) met en évidence une dynamique d'érosion fluviale pouvant atteindre localement des vitesses de l'ordre du cm an-1, illustrant l'évolution géomorphologique rapide en réponse à la transition climatique entre le tardi-Pléistocène et l'Holocène. / The topographic evolution of mountain belts results from complex couplings between tectonics, climate and surface processes. Quantifying landscape evolution requires methodological tools to constrain forcing processes over temporal (103-106 years) and spatial (1-100 km) scales characteristic of orogenic systems. This thesis investigates the Neogene and Quaternary relief evolution of the European Alps using in situ low-temperature thermochronometry (mostly apatite (U-Th-Sm)/He and 4He/3He) and numerical modeling. A novel numerical approach combining thermal-kinematic modeling (Pecube) with an inversion scheme (Neighbourhood Algorithm) allows extracting quantitative information on exhumation and relief histories from thermochronological datasets. Quantifying relief evolution remains problematic, however, and strongly depends on the geomorphic setting. Our results show that both thermochronology data sampling and modeling strategies have to be considered a priori, in function of the geomorphic setting and the spatial/temporal scale of the exhumation signal to be constrained. This approach has been applied on a thermochronological dataset collected in the Ecrins-Pelvoux massif (French Alps). The results show a pulse of rapid exhumation until ~5-6 Ma, preceded and followed by more moderate rates of exhumation. However, the data cannot resolve the late-Neogene relief evolution in the Ecrins-Pelvoux massif. New 4He/3He thermochronometry data from the Rhône valley (Swiss Alps), combined with thermochronological data from the literature, also point out an episode of rapid exhumation until ~5-7 Ma, and reveal a major increase in local topographic relief (~1-1.5 km) linked to valley carving by large mountain glaciers. The onset of this phase of relief carving corresponds to the Mid-Pleistocene transition from symmetric 40-ka to asymmetric and high amplitude 100-ka glacial/interglacial oscillations. The new data also permit to reconstruct the pre-glacial topography of the Rhône basin, and to evaluate the net effect of Pleistocene glaciations on relief evolution at the basin scale. Preliminary results from numerical modeling of glacial dynamics highlight the potential opportunity of using such an approach to quantitatively assess the impact of the Mid-Pleistocene climate transition on Alpine relief development, leading to new research avenues. Finally, the post-glacial topographic evolution of the Ecrins-Pelvoux massif has been studied using numerical modeling and in situ cosmogenic 10Be analyses. The results suggest efficient fluvial incision at rates of cm yr-1, illustrating the efficient landscape response to late-Pleistocene/Holocene climate change.

La première partie de ce mémoire donne un panorama des trente années de recherche passées au sein de la R&D d’EDF dans le domaine du chauffage par induction dans l’industrie. Les différentes actions menées ont porté sur différentes thématiques : les travaux de modélisation numérique, l’expertise en chauffage par induction dans ses secteurs traditionnels, le développement de solutions innovantes dans d’autres secteurs industriels, La conduite de projet internes R&D puis projets externes avec des financements publics français ou européens, le rayonnement international et le soutien aux jeunes.La deuxième partie présente une synthèse des travaux scientifiques les plus marquants qui ont abouti à la réalisation d’un logiciel d’optimisation des installations de chauffage par induction de billettes afin d’en améliorer les performances énergétiques. La modélisation numérique du chauffage est abordée en 1D par le couplage entre un calcul électromagnétique par la méthode des éléments finis et pas à pas dans le temps et un calcul thermique transitoire par la méthode des différences finies implicites. Le domaine de validité du modèle 1D a été étendu par la mise en place de coefficients correctifs sur le champ magnétique. Les travaux concernant l’inducteur permettent de décrire précisément leur comportement électrique (résistance) et thermique (refroidissement) ; une solution de récupération est même proposée. La modélisation simplifiée de l’onduleur à résonance alimentant l’inducteur permet de décrire son comportement global sans devoir entrer dans les détails de fonctionnement de l’électronique de puissance : suivi de la fréquence de résonance du circuit oscillant, adaptation des consignes à l’impédance du circuit et aux limitations du générateur. Les données électromagnétiques des matériaux et leur évolution avec la température sont mesurées à l’aide d’un équipement conçu sur-mesure. Ces différents travaux sont validés par comparaison avec des modèles numériques plus complexes et avec des expérimentations. Des processus d’optimisation énergétique de la chauffeuse ont été élaborés agissant, soit sur les paramètres électriques de la ligne, soit sur la conception d’un nouvel inducteur.Mémoire de doctorat présenté dans le cadre de la « Validation des Acquis par l’Expérience » / The first part of this dissertation gives an overview of thirty years of research work done in the frame of EDF R&D Division in the domain of industrial induction heating. The different works concerned many themes: numerical modelling, expertise in induction heating in conventional sectors, development of innovative solutions in other industrial sectors, project management inside EDF first, then collaborative projects with French or European financial support, international recognition and support for young researchers.The second part shows a summary of the most relevant scientific works which leaded to a software of billet induction heating optimisation in order to improve its energy efficiency. Numerical modelling is approached in a 1D configuration, coupling an electromagnetic model using a finite elements and step by step in time method with a thermal transient model using an implicit finite difference method. The validity domain is extended thanks to the use of an attenuation coefficient applied to the magnetic field. Works regarding inductor allows to describe more accurately the electrical (resistance) and thermal (cooling) behaviour; a solution for energy recovery is also proposed. The simplified model of the resonant inverter supplying the inductor allows to describe globally its behaviour without going deep in the details of the power electronics: following the resonant frequency of the oscillating circuit, adapting the set points to the circuit impedance and the power supply limitations. Electromagnetic physical data of metals and their evolution with temperature are measured with a tailor-made equipment. All these works are validated by comparison with more complex numerical models or with experiments. Energy optimisation procedures for the heating device are developed, acting either on the line electrical parameters or on the design of a new inductor.PhD dissertation presented in the frame of the “Validation of Professional Experience”

L'objectif de ce travail est de contribuer à une meilleure prédiction de la rupture des Anévrismes de l'Aorte Abdominale. Pour ce faire, des simulations par éléments finis ont été mises en oeuvre sur des anévrismes modèles dans des conditions proches de la réalité physiopathologique, i.e. en tenant compte de l'anisotropie de la paroi anévrismale, du caractère poreux du thrombus et des Interactions Fluide-Structure. Dans la première partie, une étude statique en l'absence du thrombus a permis de mettre en évidence l'influence de la géométrie de l'anévrisme et du comportement mécanique (isotrope ou anisotrope) de la paroi sur la distribution des contraintes, i.e. la rupture potentielle de l'anévrisme, ainsi que sur l'évolution du module de Peterson. Dans la seconde partie, une modélisation poro-hyperélastique du thrombus est proposée, en s'appuyant sur des données expérimentales de la littérature. La prise en compte de ce comportement et des Interactions Fluide-Structure montre que la pression intra-thrombus demeure du même ordre de grandeur que la pression intra-luminale, conformément à des mesures in vivo réalisées par ailleurs. Enfin, nous montrons que ceci n'est pas en contradiction avec une réduction du risque de rupture potentielle de l'anévrisme. / The aim of this work is to contribute to a better prediction of the Abdominal Aortic Aneurysm rupture (AAA). For that purpose, finite elements simulations have been performed on idealized AAA models under physiopathological like conditions, by taking into account the aneurysmal wall anisotropy, the intra-luminal thrombus porosity and the Fluid-Structure Interactions. In the first part, the influence of the aneurysm geometry and its wall properties (isotropic or anisotropic hyperelasticity) on the wall stress distribution and the Peterson's modulus has been studied in a static analysis and without taking into account the thrombus. In the second part, based on the experimental results from the litterature, a porohyperelastic model has been proposed for the thrombus. By considering such behavior for the thrombus and the Fluid-Structure Interactions, we observe that the intra-thrombus pressure is the same order as the intra-luminal pressure, which is consistent with in vivo measurements. Our results show that despite this unchanged pressure, the maximum wall stress decreases leading to a decrease of the aneurysm potential rupture.

La précision de tir d’une arme dépend de nombreux facteurs intervenant aux différentes étapes du parcours de la munition (balistique intérieure, intermédiaire et extérieure). Certains travaux ont démontré l’importance de l’influence de la phase de balistique intérieure, pendant laquelle la munition traverse le tube, sur les résultats à la cible. En effet, c’est cette phase qui détermine les conditions de sortie du tube de la munition et par conséquent son comportement au cours du vol. Les conditions d’entrée du projectile, la géométrie du tube et de l’arme, et les mouvements de ces derniers au cours du tir, sont autant de paramètres pouvant modifier l’interaction tube/projectile et ainsi entraîner un changement des vitesses angulaires et de translation de la munition au moment du largage. Cette étude a donc pour but de mettre en exergue les paramètres géométriques de l’arme et du tube qui influencent la justesse et la dispersion. Une analyse statistique a été réalisée à partir de la base de données des résultats de tir du 25 mm. Elle a permis de mettre en évidence l’influence de plusieurs paramètres dont la rectitude du tube. Par la suite, des essais ont été conduits en appareil de tir dans le but d’isoler la part de la géométrie du tube sur les écarts à la cible et ainsi de confirmer la contribution de la rectitude. Un modèle numérique tridimensionnel a été développé afin de faire varier ce paramètre et d’étudier son influence sur le comportement de la munition en phase de balistique intérieure. La représentativité du modèle a été vérifiée à l’aide d’accéléromètres embarqués dans la munition. Ces tirs ont nécessité le développement d’une solution innovante optoélectronique afin de transmettre les accélérations en temps réel. Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de constater que les accélérations de la munition modélisée étaient représentatives. Le modèle permet maintenant de réaliser des études paramétriques et de déterminer les profils de tube les plus pénalisants pour la précision de tir. / Gun accuracy is influenced by several factors during the stages of the ammunition course (internal, intermediate and external ballistics). According to previous studies, internal ballistics are the major contributor to deviations from target. Indeed, this phase determines projectile exit conditions and, consequently, his behavior during the flight. The projectile entry conditions, the weapon and barrel geometry and their movements during firing, can modify the interaction tube / projectile and change ammunition angular rates and its transversal velocities. The purpose of this thesis is to determine the parameters related to barrel and gun geometry, which influence the bias and the dispersion. A statistical analysis was led thanks to the data base of the 25 mm firing results. It was found that some parameters, including barrel straightness, affect accuracy. Subsequently, tests were conducted with a firing appliance in order to isolate the barrel geometry influence on the deviations from the target and to confirm the straightness impact. A tridimensional numerical model was created in order to vary this parameter and to study its influence on the ammunition behavior during internal ballistics. The representativeness of the model was validated using accelerometers embedded in the ammunitions. The firing of these ammunitions has required the development of an optoelectronic system to transmit accelerations in real time. The comparison between experimental and numerical results has shown close amplitudes and similar shapes curves that proves the representativeness of the model. The model can be used now to lead parametric analysis and to determine the straightness shapes the most penalizing for gun accuracy.

A différents endroits du monde, on observe que la méthode d’exploitation minière par chambres et piliers est associée à deux aléas de grande ampleur se manifestant en surface : les affaissements progressifs et les effondrements brutaux. Le bassin ferrifère lorrain est sujet à ces deux types d’aléas notamment depuis la fermeture massive des mines à partir des années 1960. Les effondrements étant plus dangereux que les affaissements, des chercheurs ont développé des méthodes statistiques pour distinguer les zones à risque d’effondrement de celles à risque d’affaissement. L’objectif de cette thèse est de développer des indicateurs mécaniques capables de faire la même distinction, afin d’améliorer la compréhension physique des phénomènes mis en jeux et de valider les indicateurs statistiques. Nous faisons l’hypothèse que les effondrements et affaissements sont tous deux causés par un endommagement des piliers en profondeur. Le Chapitre 1 est consacré à une étude bibliographique qui synthétise les connaissances relatives au comportement mécanique des piliers. Nous constatons que les piliers sont caractérisés par deux critères : le facteur de sécurité (résistance en compression/contrainte verticale moyenne) qui détermine s’ils sont susceptibles de se rompre, et un critère de stabilité des piliers en cas de rupture qui s’exprime comme la raideur relative des piliers par rapport à celle de la roche encaissante. Deux limites des approches actuelles sont identifiées : 1) la question de la contrainte verticale moyenne des piliers (dénominateur du facteur de sécurité) a été relativement peu étudiée pour les piliers aux dimensions irrégulières, caractéristiques des anciennes mines ; 2) l’instabilité de la rupture des piliers est évaluée par un modèle 1D proposé dans les années 1960-1970, se basant sur des considérations énergétiques. Ce modèle très courant n’a toutefois fait l’objet que de peu de développements dans des configurations géomécaniques plus réalistes que celle du modèle de départ. Le Chapitre 2 développe une nouvelle méthode permettant de prendre en compte l’irrégularité géométrique des piliers pour estimer leur contrainte verticale et donc d’avoir une meilleure précision sur l’estimation du facteur de sécurité. Nous introduisons le concept du taux de défruitement relatif et montrons sur la base de résultats de modélisation numérique, qu’une fonction quadratique de ce terme procure une meilleure estimation de la contrainte verticale moyenne que la méthode traditionnelle de l’aire tributaire. Le Chapitre 3 porte sur l’application d’une méthode originale de modélisation explicite de l’instabilité des piliers, basée l’énergie cinétique. Nous montrons que nos résultats de modélisation en 2D sont compatibles avec le modèle 1D traditionnel. La procédure de modélisation employée permet également de localiser et de quantifier les excès d’énergie cinétique lors de l’instabilité. Les quantités d’énergie cinétique modélisées sont du même ordre de grandeur que les magnitudes de Richter d’énergie sismique typiques des ruptures brutales de piliers réels. Nous traitons dans le Chapitre 4 la problématique des effondrements du bassin ferrifère lorrain. Nous montrons sur la base de modélisations 3D que les critères de rupture et d’instabilité des piliers permettent de bien y distinguer les zones affaissées et les zones effondrées. Les secteurs affaissés et effondrés sont caractérisés par un facteur de sécurité moyen des piliers inférieur à 1 du point de vue de leur limite d’élasticité. Cependant, les secteurs effondrés se distinguent des secteurs affaissés par un facteur de sécurité moyen des piliers également inférieur à 1 du point de vue de leur pic de résistance. Ceci est confirmé par des modèles numériques simples en 2D, suggérant par ailleurs que les caractéristiques du recouvrement ont peu d’effet sur l’occurrence des effondrements. Certaines études fournissant des conclusions contraires, nous avançons des arguments pour en discuter / At different locations around the world, the room-and-pillar mining method truns out to be associated with two major types of hazards affecting the surface: the continuous subsidence and the sudden collapse. The Lorraine iron basin (France) have known on many occasions both continuous subsidences and sudden collapses, notably since the decline of the French mining activity in the 1960’s. The collapses are more dangerous than the continuous subsidences. This is why researchers and engineers developed statistical methods capable of distinguishing between the sectors subjected to a collapse hazard and those subjected to a continuous subsidence hazard. The objective of that study if to develop indicators capable of making the same distinction but on the basis of mechanical criteria, for the purpose of improving the understanding of the collapse mechanism and for validating the statistical indicators. The main assumption of this work is that both the continuous subsidences and the collapses are caused by damage of the pillars within the mines. Chapter 1 presents a literature review concerning the actual knowledge about the pillars mechanical behaviour. We notice that pillars are traditionally characterized by two criteria: the factor of safety (pic compressive resistance/average vertical stress), which determines whether or not pillars are susceptible to fail, and a criterion of stability in case of a failure, which consists of comparing the flexural stiffness of the surrounding rock to the pillars axial stiffness in the post-pic domain of their behaviour. We identify two limits regarding the traditional approaches: i) The question of the average vertical stress has only been little studied in the case of pillars with irregular geometry, which is often the case in old mines; ii) The model allowing to estimate whether or not an instability is susceptible to occur comes from a 1D model proposed in the 1960’s and that has never been developed furthermore for being applied to real configurations in various geomechanical conditions. In Chapter 2, we develop a new method for taking the irregularity of the pillars dimensions into account in estimating their average vertical stress, for the purpose of having a better precision in the factor of safety calculation. We introduce the concept of relative extraction ratio and show, on the basis on numerical modelling, that a quadratic function of this ratio is more precise in estimating the average pillar stress than the classical tributary area method.Chapter 3 is devoted to the development and the application of an original explicit method for modelling pillar instability based on the kinetic energy. We show that the numerical results obtained in 2D configurations are compatible with the traditional 1D model of pillar instability. Moreover, we show how the modelling method we are using helps to locate and to quantify the kinetic energy in excess induced by the instability. The magnitudes of modelled kinetic energies are similar to Richter magnitudes of typical seismic energies recorded during real pillar bursts. The problem of the Lorraine iron basin collapses is treated in Chapter 4. Based on 3D modelling results, we show that pillar failure and instability criteria are capable of well distinguishing between the sectors affected by collapses and those affected by continuous subsidences in the iron basin. Both the sectors subjected to collapses and continuous subsidences are characterized by a factor of safety lower than one regarding the limit of elasticity. But the collapsed sectors are distinguished by a factor of safety also lower than one regarding the pic compressive resistance. This observation is confirmed by simplified 2D modelling, which suggests, furthermore, that the properties of the overburden have no effect on the occurrence of the collapses. Some studies provide contrary conclusions. So, we propose some points to be discussed

Depuis plus de deux décennies, I'enregistrement des signaux hydroacoustiques par des hydrophones dans le canal SOFAR (SOund Fixing And Ranging) a permis la détection et la localisation de nombreux séismes de faible magnitude dans I'océan. Cependant, I'interprétation de ces signaux est actuellement incomplète. La complexité de la conversion des ondes sismiques en ondes acoustiques, appelées « ondes T », au niveau du plancher océanique, et de leur propagation dans la tranche d'eau n'est pas intégralement comprise et ne permet pas d'extraire beaucoup d'informations sur les séismes à leur origine. Une simulation numérique de ces signaux est proposée pour identifier et comprendre les paramètres environnementaux et les phénomènes majeurs entrant en jeu dans la génération des ondes T. L'approche proposée est la méthode des éléments spectraux, mise en œuvre dans le code SPECFEM2D. Cette approche s'avère adaptée à cet usage car elle permet d'aborder le phénomène de la génération et la propagation des ondes T dans son ensemble en tenant compte ses principales caractéristiques : le couplage fluide/solide (propagation sismique, conversion, et propagation acoustique), les profils de vitesse d'onde dans I'eau et dans la croute, et le tenseur des moments sismiques donnant le diagramme de radiation de la source. Les signaux simulés présentent des formes, des durées, des temps d'arrivée, et des amplitudes relatives tout à fait comparables aux enregistrements réels. Les différences observées proviennent sans doute du traitement 2D du problème et d'une représentation trop simpliste des environnements et de la source sismique. / For more than 2 decades, recording of hydroacoustic signals in the sopen channel (Sound Fixing And Ranging) has allowed the detection and localization of many low-magnitude earthquakes in the ocean. However the interpretation of these signals is still incomplete.The generation of acoustic waves, known as T-waves, resulting from the conversion of seismic waves into acoustic waves at the sea-bottom, and their propagation in the water column are not yet fully understood, which prevents to extract more information about the earthquakes they originate from. Here, we use numerical modelling to identify and understand the main environmental parameters and phenomena that control the generation and propagation of acoustic T-waves in the ocean. The proposed approach is a spectral element method, implemented in the code SPECFEM2D, which allows to address the problem in a comprehensive way taking into account the solid/fluid coupling (seismic propagation, conversion, acoustic propagation), velocity profiles of the waves in the crust and the ocean, and the moment tensor of the earthquake that defines the radiation pattern of the seismic source. Simulated acoustic signals present many similarities in the shape, duration, arrival times and amplitudes of the predicted T-waves with observed T-waves. Differences are likely due to the 2D representation of the problem and to the simplistic representation of the environment and of the seismic source.

De nombreuses études ont été menées sur les matériaux composites, concernant le comportement mécanique à l’échelle macroscopique. D’autre part, le développement continu des techniques de détection et de mesures de champs permet d’aller plus loin dans l’analyse des structures complexes, dont les matériaux composites. Ainsi, la corrélation volumique (DVC) basée sur des acquisitions de la structure interne à différents états de déformation, permet la mesure du champ des déplacements dans le volume des échantillons. Le gauchissement des sections dû aux contraintes de cisaillement transverse est un phénomène propre aux structures anisotropes comme les structures composites. De nombreuses études traitent du développement des modèles analytiques pour la modélisation numérique et la détermination des déplacements avec le plus de précision possible. Ainsi, de nombreux modèles existent, certains très complexes, pour la prise en compte de ce phénomène dans l’étude des structures multicouches. L'objectifs de ce travail doctoral est d’utiliser les mesures de champs issues de la corrélation volumique couplée à la tomographie rayons X, pour visualiser le gauchissement des sections pour un cas de sollicitation de flexion trois points. Une méthode de mesure ainsi qu’un système de chargement in-situ spécifique sont développés dans ce travail de recherche. Les modèles analytiques existants sont évalués et comparés à partir de mesures expérimentales. Aussi, un nouveau modèle est également proposé à partir d'une identification numérique, basée sur les mesures de champs volumiques réalisées. Les résultats de ce travail de thèse permettront une meilleure compréhension du phénomène physique rencontrés lors de l’utilisation des matériaux composites et pourront envisager des pistes d’optimisation de leur conception et de leur mise en œuvre. / The complex mechanical behaviour of composite materials, due to internal heterogeneity and multi-layered composition impose deeper analysis. Several studies have already been conducted on the composite structures mechanical behavior at the macro level. On the other hand, the continuous development of detection techniques and field measurements can now go further in the analysis of complex structures, including composites. Thus, the digital volume correlation (DVC) based on the acquisition of the internal structure at different deformation states, allows the measurement of displacement fields through the thickness of the specimen. Warping sections due to transverse shear is a phenomenon linked to anisotropic structures, such as composite structures, which has been the subject of many studies to develop analytical models for the numerical modeling and the determination of displacements with the greatest possible precision. Many theories and models exist, some very complex, for the consideration of this phenomenon .. One goal of this doctoral work is to use measurements from the density correlation to determine whether these models the effects of transverse shear are physically consistent, and if their validity is good in the case of a kinematic measurement volume. A second objective of this thesis is to acquire know-how in the processing of information resulting from acquisitions by X-ray tomography In this sense, several studies are planned for the treatment and use of this information in an industrial context. The results of this work will provide a better understanding of physical phenomena encountered in the use of composite materials to generate optimization of their design and implementation paths.