Le sous-sol français est traversé par un nombre considérable de cavités souterraines naturelles ou anthropiques : après mine, carrières, karsts, tunnels et ouvrages civils abandonnés, etc. Ces cavités sont à l’origine de différents risques de mouvements de terrains tels que les effondrements localisés (fontis) et les affaissements qui peuvent être graves de conséquence pour les biens et les personnes. Pour réduire ce risque, un renforcement par géosynthétique des remblais sur cavités potentielles peut être mis en œuvre. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse menée au sein de l’INERIS (projet de recherche EREVAN - Evaluation et Réduction de la Vulnérabilité des biens exposés aux Aléas Naturels et miniers), en partenariat avec le laboratoire 3SR. L’un des objectifs de ces travaux est notamment de mieux appréhender, suite à l’ouverture d’une cavité sous-jacente, le comportement et les mécanismes d’effondrement des remblais renforcés par géosynthétique, en particulier cohésifs, afin d’en optimiser le dimensionnement.Dans le cadre de cette thèse, différentes expérimentations sur des modèles physiques de laboratoire et en vraie grandeur ont été réalisées. Les résultats obtenus en laboratoire ont permis de préciser le rôle mécanique des renforcements géosynthétiques dans le cas d’effondrement localisé sous un remblai granulaire ou/et cohésif, une importante base de données expérimentales a ainsi été constituée. Une expérimentation en vraie grandeur a permis de valider l’intérêt au plan technique, économique et environnemental de la technique de renforcement par géosynthétique des zones sujettes à des risques fontis.La contribution particulière de ce travail réside dans l’utilisation de modèles physiques et de techniques de mesures originales développés pour simuler l’apparition d’une cavité et suivre de manière quantitative les mécanismes induits notamment dans le cas des remblais cohésifs. En particulier, une évaluation précise des mécanismes de transferts de charge et de l’interaction sol – renforcement géosynthétique due à un effondrement localisé a été rendue possible par le développement et la validation d’une technique de traitements des résultats par photogrammétrie. L’intensité de la charge transmise par le sol sur le renforcement géosynthétique, la géométrie de sa répartition, ainsi que son évolution sous l’effet d’une surcharge éventuelle en surface ont ainsi été plus spécifiquement étudiées.Les résultats expérimentaux ont été comparés avec des formulations analytiques issues de méthodes de dimensionnement existant dans la littérature. Cette comparaison nous a permis de mieux cerner les domaines de validité des méthodes de dimensionnement analytiques actuelles du renforcement géosynthétique que ce soit pour le cas d’un remblai granulaire ou cohésif et dans certains cas de formuler certaines recommandations. / The French underground is occupied by a considerable number of natural or anthropogenic underground cavities: former mining areas, quarries, karsts, tunnels and abandoned civil structures, etc. These cavities are the source of various risks of ground movements such as sinkholes and subsidence which can have a large impact on the safety people and structures or infrastructures. In order to reduce this risk, a reinforcement of the embankments by geosynthetic in the zones of potential cavities can be implemented. In this context, the thesis has been funded and managed by INERIS (research project EREVAN - Evaluation and Reduction of the Vulnerability of the properties exposed to the natural and mining Hazards), in partnership with 3SR laboratory. One of the objectives of this research is in particular to better understand, further to the opening of an underlying cavity, the behavior and the mechanisms of collapse of reinforced embankment, especially in the case of cohesive soil, in order to optimize its design.As a part of this work, various experiments on physical models in laboratory and on site have been realized. The results obtained in laboratory allowed to determine the behavior of the geosynthetic reinforcement following the collapse of a granular or/and cohesive embankment over a cavity, an important experimental database has thus been established. Full scale experiment allowed to validate the technical, economic and environmental benefits of geosynthetic reinforcement of zones subject to sinkhole.The particular contribution of this work is in the use of original physical models and measurement techniques used to simulate the occurrence of a sinkhole and follow in an accurate quantitative way the involved mechanisms, notably in the case of a cohesive backfill. In particular, a specific evaluation of load transfer mechanisms and soil - geosynthetic reinforcement interaction due to sinkhole has been enabled by the development and the validation of an image processing technique. The intensity of the load transmitted by the ground onto the geosynthetic reinforcement, the geometry of its distribution, as well as its evolution due to possible overburden load have been specifically investigated.Experimental results have been compared with analytical formulations resulting from existing design methods in the literature. This comparison allowed us to better define the domains of validity of the current analytical methods for design of geosynthetic reinforcement whether for granular or cohesive backfill, and in certain cases to formulate some recommendations.

Cette thèse porte sur le contrôle de la synthèse sonore par modélisation physique des instruments à corde frottée. Elle se base, d'une part, sur l'exploration systématique de l'influence des paramètres de contrôle (pression d'archet, vitesse de l'archet et distance au chevalet) sur le comportement du modèle, et d'autre part, sur la mesure du contrôle effectif qu'exerce l'instrumentiste afin d'obtenir un contrôle réaliste du modèle physique. Un modèle physique basé sur la résolution modale de l'équation de la corde est d'abord présenté et implémenté pour la synthèse sonore du violon. Le comportement du modèle physique est ensuite examiné en effectuant des simulations et se concentre sur deux aspects: la ``jouabilité", c'est-à-dire l'espace des paramètres de contrôle dans lequel un mouvement de Helmholtz périodique est obtenu, et les variations des propriétés du son synthétisé (fréquence d'oscillation, niveau sonore et centroïde spectral) à l'intérieur de cet espace de paramètres. La deuxième partie de ce travail concerne la mise au point d'un capteur pour mesurer la force d'appui de l'archet sur la corde dans un contexte de jeu réel. Le capteur est ensuite combiné avec un système optique de capture du mouvement afin de mesurer l'ensemble complet des paramètres de jeu du violoniste. La dernière partie présente l'analyse des mesures de ces paramètres de contrôle pour des modes de jeu typiques (sautillé, spiccato, martelé, tremolo, détaché). Ces mesures permettent de décrire certaines propriétés du geste instrumental et de proposer un contrôle réaliste de la synthèse sonore pour différents modes de jeu et différentes tâches musicales.

La modélisation physique en enceinte de gel est utilisée pour analyser les impacts du réchauffement climatique sur l'évolution des paysages en contexte périglaciaire. Les données expérimentales nous montrent (i) l'importance des conditions de saturation de la couche active dans le déclenchement des mécanismes lents et rapides des sols et (ii) l'impact des perturbations des régimes thermiques et hydriques du sol qui modifient à la fois les taux d'érosion et la dynamique des versants périglaciaires. - Lors de précipitations modérées, cryoexpulsion, cryoreptation/gélifluxion et glissements gravitaires sont autant de processus intervenant dans la modification de la morphologie du versant (érosion régressive). - Lors de précipitations intenses, les processus d'érosion rapide type coulées de débris deviennent prédominants, accélérant la dégradation du versant. Ils s'initient systématiquement (i) au niveau des pentes les plus fortes et (ii) en présence d'un pergélisol qui limite l'infiltration de l'eau en profondeur et joue le rôle de plan de glissement. Les taux d'érosion les plus forts sont enregistrés au cours des précipitations les plus intenses. Ces résultats devraient (i) constituer une aide précieuse pour établir une méthodologie de mesure in situ des systèmes périglaciaires et (ii) améliorer la connaissance sur l'évolution morphologique des versants, lorsque le réchauffement climatique augmente à la fois la profondeur du toit du pergélisol et la quantité d'eau apportée aux versants lors des dégels de printemps. Le travail doit désormais se focaliser sur le contrôle exercé par la dynamique de saturation du sol sur les processus d'érosion de versant.

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La gravité est un des principaux facteurs contrôlant l'évolution des chaînes de montagnes. Ses effets les plus connus sont les diverses formes de glissements de terrain. La gravité génère aussi des mouvements évoluant à plus grande échelle d'espace et de temps et dont les effets peuvent passer inaperçus, confondus avec ceux de la tectonique ou masqués par l'érosion. Ces mouvements sont connus sous le nom de DSGSD (Deep Seated Gravitational Slope Deformation). L'enjeu de la compréhension de ce phénomène est important, tant du point de vue de la géologie structurale ou de la géomorphologie que de celui de la prévention des risques naturels. Le manque d'observations en profondeur fait que les modalités de la rupture mises en jeu dans ces mouvements de grande ampleur sont inconnues. <br />Nous avons étudié ce phénomène par une approche de modélisation physique (expérimentale) tridimensionnelle. Le premier objectif de la thèse à donc été de finaliser la mise au point d'un protocole expérimental original récemment conçu. Cette méthode est fondée sur l'utilisation de nouveaux matériaux analogiques et d'un dispositif de chargement gravitaire original permettant de réaliser des modèles satisfaisant les critères de similarités physique. Ce protocole présente également l'avantage de pouvoir observer la déformation des modèles de manière incrémentale, ainsi que de permettre la réalisation de coupes pour visualiser la déformation en profondeur. Notre étude a permis de montrer que la profondeur maximale de la surface de rupture est comparable à la hauteur de l'édifice affecté. Par ailleurs, au cours de l'évolution de la rupture, ces phénomènes profonds participent au déclenchement de mouvements gravitaires de plus petite taille. Il a également pu être mis en évidence que la topographie à grande échelle est un facteur majeur contrôlant la géométrie et la répartition des mouvements gravitaires.

L'instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,...) peut induire les mouvements de terrains d'amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d'ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l'effet de la présence des structures en surface. L'objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l'influence de l'interaction sol-structure, d'une part ; et d'évaluer la performance d'une solution de protection (tranchée périphérique), d'autre part. Cela a été achevé par la réalisation d'études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l'aide d'un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l'effet d'un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l'étude de l'interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d'affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l'étude de l'efficacité de tranchées périphériques, l'effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d'interaction sol-structure et ont montré l'importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l'évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l'efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l'ordre d'un mètre de la structure.

Un "problème inverse", dans son sens général, consiste en une «inversion» de la relation de cause à effet. Il ne s'agit pas de produire un phénomène «cause» à partir d'un phénomène «effet», mais plutôt de s'essayer à définir un phénomène «cause» dont un effet observé serait la conséquence.Dans le contexte du formalisme de modélisation physique et de simulation CORDIS-ANIMA, et plus particulièrement dans le cadre de l'interface de création sonore et de composition musicale qui le met en œuvre, GENESIS, créés par le laboratoire ACROE-ICA, on identifie une problématique d'une telle nature : étant donné un phénomène sonore, quel modèle physique construire qui permettrait de l'obtenir ? Cette interrogation est fondamentale dans le cadre du processus de création engagé par l'utilisation de tels outils. En effet, pouvoir décrire et concevoir le procédé qui permet d'engendrer un phénomène ou un événement sonore (musical) préalablement définis est une nécessité inhérente à l'acte de création musicale. Réciproquement, disposer des éléments d'analyse et de décomposition de la chaîne de production du phénomène sonore permet d'envisager, par représentation, traitement direct, composition des éléments de cette décomposition, la production de phénomènes très riches, nouveaux, expressifs et présentant une cohérence intime avec les sons naturels sur lesquels l'expérience perceptive et cognitive est construite.Dans l'objectif d'aborder cette problématique, nous avons dû formuler et étudier deux des aspects fondamentaux qui la sous-tendent. Le premier concerne la description même du résultat final, le phénomène sonore. Celle-ci pouvant être de plusieurs natures et souvent difficile en termes objectifs et quantitatifs, notre approche a tout d'abord consisté à réduire le problème aux notions de contenu spectral, ou encore de « structure modale » définis par une approche phénoménologique de type signal. Le second concerne la nature fonctionnelle et paramétrique des modèles construits au sein du paradigme CORDIS-ANIMA. Étant, par essence, une métaphore du contexte instrumental, tout modèle doit alors être conçu comme la mise en interaction d'un couple « instrument/instrumentiste ». De ces spécifications nous avons alors pu définir UN problème inverse, dont la résolution a demandé la mise au point d'outils d'interprétation de données phénoménologiques en données paramétriques. Ce travail de thèse a finalement abouti à la mise en œuvre de ces nouveaux outils au sein même du logiciel de création GENESIS, ainsi que dans l'environnement didactique qui l'accompagne. Les modèles qui en résultent, répondent à des critères de cohérence, de clarté et ont pour première vocation d'être réintégrés au processus de création. Ils ne constituent pas une finalité en eux-mêmes, mais un appui proposé à l'utilisateur pour compléter sa démarche.En conclusion de ce travail, nous détaillons les directions pouvant être suivies à des fins d'extension ou éventuellement de reformulation de cette problématique. / An “Inverse Problem”, usually consists in an inversion of the cause-to-effect relation. It's not about producing a “cause” phenomenon from a given “effect” phenomenon, but rather defining a “cause” phenomenon of which an observed effect would be the consequence. In the context of the CORDIS-ANIMA physical modeling and simulation formalism, and in particular within the GENESIS interface for sound synthesis and musical creation, both built by the ACROE-ICA laboratory, it is possible to identify such a problem: Considering a sound, which physical model could be built to produce it? This interrogation is fundamental if we consider the creative process engaged by the users of such tools. Indeed, being able to describe and to conceive the process which engenders a previously defined phenomenon or sonic (musical) event is an inherent need for the activity of musical creation. Reciprocally, disposing of elements for analyzing and decomposing the sound phenomenon's production chain allows to consider, by means of representation, direct processing, and re-composition, the production of very rich and expressive phenomena that present an intimate coherency with the natural sounds upon which the perceptive and cognitive experience are built.To approach this problem, we formulated and studied two underlying fundamental aspects. The first one covers the very description of the final result, the sound phenomenon. This description can be of different kinds and is often complex regarding objective and quantitative matters, therefore, our approach has consisted first in a reduction of the general problem by considering spectral content, or “modal structure”, defined by a phenomenological signal based approach. The second aspect concerns the functional and parametrical nature of models built with the CORDIS-ANIMA paradigm. Since all models are inherently a metaphor of an instrumental situation, each one must then be conceived as an interactive combination of an “instrument/instrumentist” couple. From these specifications we have defined ONE inverse problem, whose resolution required developing tools to interpret phenomenological data to parametrical data. Finally, this work has led to the implementation of these new tools in within the GENESIS software, as well as in its didactic environment. The resulting models fulfill coherence and clarity criteria and are intended to reintegrate the creative process. They do not constitute an end in themselves, rather a support proposed to the user in order to complete his process.As a conclusion to this work, we detail further directions that could be pursued in order to extend or possibly reformulate the inverse problem.

Les générateurs de vapeur sont d'imposants échangeurs de chaleur qui alimentent les turbines des centrales nucléaires à eau pressurisée. Au cours de leur exploitation, des dépôts d'oxydes s'y accumulent et obstruent progressivement des trous prévus pour le passage du fluide. Ce phénomène, appelé colmatage, pose des problèmes de sûreté. Une méthode de diagnostic est nécessaire pour optimiser la stratégie de maintenance permettant de s'en prémunir. La piste explorée dans cette thèse est l'analyse de la réponse dynamique des générateurs de vapeur lors de transitoire de puissance, à l'aide d'un modèle physique monodimensionnel. Deux améliorations ont été apportées au modèle existant au cours de la thèse : la prise en compte des débits perpendiculaires à l'axe du générateur de vapeur et la modélisation du déséquilibre cinématique entre la phase liquide et la phase vapeur. Ces éléments ont ajouté des degrés de liberté permettant de mieux reproduire le comportement réel des générateurs de vapeur. Une nouvelle méthodologie de calage et de validation a alors été proposée afin de garantir la robustesse du modèle.Le problème inverse initial était mal posé car plusieurs configurations spatiales de colmatage peuvent donner des réponses identiques. La magnitude relative de l'effet des dépôts suivant leur localisation a été évaluée par analyse de sensibilité avec la méthode de Sobol'. La dimension de la sortie fonctionnelle du modèle a au préalable été réduite par une analyse en composantes principales.Enfin, une méthode de réduction de dimension appelée régression inverse par tranches a été mise en œuvre pour déterminer dessous-espaces de projection optimaux pour le diagnostic. Une méthode de diagnostic plus robuste et mieux maitrisée que celle existante a pu être proposée grâce à cette nouvelle formulation. / Steam generators are massive heat exchangers feeding the turbines of pressurised water nuclear power plants. Internal parts of steam generators foul up with iron oxides which gradually close some holes aimed for the passing of the fluid. This phenomenon called clogging causes safety issues and means to assess it are needed to optimise the maintenance strategy. The approach investigated in this thesis is the analysis of steam generators dynamic behaviour during power transients with a monodimensional physical model. Two improvements to the model have been implemented. One was taking into account flows orthogonal to the modelling axis, the other was introducing a slip between phases accounting for velocity difference between liquid water and steam. These two elements increased the model's degrees of freedom and improved the adequacy of the simulati onto plant data. A new calibration and validation methodology has been proposed to assess the robustness of the model. The initial inverse problem was ill posed: different clogging spatial configurations can produce identical responses. The relative importance of clogging, depending on its localisation, has been estimated by sensitivity analysis with the Sobol' method. The dimension of the model functional output had been previously reduced by principal components analysis. Finally, the input dimension has been reduced by a technique called sliced inverse regression. Based on this new framework, a new diagnosis methodology, more robust and better understood than the existing one, has been proposed.

Les bandes ventriculaires sont deux structures du larynx dont l'implication a été observée pour certaines réalisations vocales. L'origine de leur participation dans le geste phonatoire et les effets induits sur le son laryngé sont peu explorés et encore mal compris.<br />Cette étude se propose de modéliser l'impact aérodynamique des bandes ventriculaires sur la vibration glottique par une description théorique de l'écoulement translaryngé couplée à un modèle physique de phonation. L'interaction entre les cordes vocales et les bandes ventriculaires est caractérisée par une exploration conjointe sur l'humain (par électroglottographie et cinématographie ultra-rapide synchronisées) et sur des maquettes du larynx rigides et déformables (par visualisation d'écoulement, mesures PIV et mesures de pression).<br />Le comportement des bandes ventriculaires est observé dans différents contextes phonatoires (phonation usuelle, chant de gorge, grognement, effort vocal). Elles peuvent rester immobiles éloignées, se rapprocher, s'accoler, vibrer périodiquement ou non, en phase ou non avec les cordes vocales. Le phénomène de doublement de période mesuré en chant de gorge fait l'objet d'une étude approfondie. La variation périodique de la durée du cycle glottique est démontrée. L'incidence de la géométrie ventriculaire sur la résistance de l'écoulement translaryngé, la fréquence, l'amplitude et les pressions de seuils d'oscillation est mesurée in-vitro et comparée aux prédictions théoriques. La présence de la constriction ventriculaire en aval de la maquette des cordes vocales peut modifier son comportement vibratoire, altérant ou favorisant les auto-oscillations selon la configuration géométrique.

Afin de contribuer à étendre le champ d'applications des microsystèmes à des nouvelles applications à haute valeur ajoutée mais faible série, il apparait nécessaire d'estimer et d'analyser la fiabilité d'un microsystème en prenant en compte les conditions d'utilisation. C'est pour répondre à cette problématique que les travaux de cette thèse ont été réalisés en vue de mettre en place une méthodologie d'étude de la fiabilité des microsystèmes par le biais de la modélisation. En effet, en réalisant un prototype virtuel complet d'un microsystème, on peut non seulement prédire son comportement dans n'importe quelles conditions environnementales d'utilisation mais aussi l'optimiser avant de lancer sa fabrication. Pour démontrer la faisabilité de cette méthode, les travaux ont été menés sur les actionneurs électrothermiques. Pour cela, nous avons (1) mis en place un modèle analytique du comportement idéal de la structure en utilisant la méthode des éléments finis mais surtout le langage VHDL-AMS, (2) fabriqué et caractérisé des véhicules de tests pour valider ce modèle, (3) réalisé des tests de vieillissement pour mettre en évidence les mécanismes de défaillance et enfin (4) avons mis en place des modèles empiriques de ce vieillissement pour compléter la description analytique.