Le rachis est constitué d'un ensemble de vertèbres entourées de tissus mous. Celui-ci est flexible, mais il est aussi rigide par morceau. Un modèle articulé permet de prendre en compte la nature particulière des déformations acceptables du rachis en vue de la création d'un modèle statistique. Cependant, les modèles articulés appartiennent naturellement à une variété Riemannienne et non à un espace vectoriel ce qui nous a amené à utiliser la moyenne de Fréchet et une mesure généralisée de la covariance lors de la création des modèles statistiques. Ceux-ci peuvent être visualisés de façon intuitive et comparés à l'aide de tests d'hypothèses. L'analyse d'un grand groupe de patients scoliotiques a révélé que la variabilité de la forme du rachis est inhomogène et anisotrope et qu'il est aussi possible de localiser les niveaux vertébraux significativement affectés par un traitement orthopédique. L'analyse par composantes principales dans le plan tangent de la moyenne de Fréchet permet quant à elle d'extraire des modes de déformations typiques qui facilitent l'analyse de grandes bases de données. Ces déformations typiques révélèrent des groupements cliniquement intéressants chez les patients scoliotiques. Finalement, une procédure d'estimation d'un maximum a posteriori permet la reconstruction 3D de modèles complets à partir de modèles 3D incomplets ou à partir de repères 2D identifiés sur des radiographies. Les résultats obtenus indiquent que notre méhode de reconstruction à partir de repères 2D est plus performante que la méthode la plus utilisée actuellement. De plus, une erreur inférieure à 2 mm a été obtenue lorsqu'au moins 25 % des vertèbres étaient disponibles pour la reconstruction d'un modèle complet du rachis. Les résultats obtenus indiquent donc qu'un modèle statistique de la géométrie du rachis complet basé sur une modélisation articulée mène à des statistiques descriptives interprétables cliniquement et à des algorithmes qui permettent d'obtenir des modèles 3D du rachis dans des circonstances où cela aurait été impossible par le passé.

Un navire à coque ferromagnétique, sous l'influence du champ magnétique terrestre. et de contraintes mécaniques, s'aimante, créant ainsi une anomalie locale du champ. L'immunisation en boucle fennée est un système permettant aubâtiment d'auto-évaluer cette anomalie et de la compenser en temps réel. La mise au point de ce système nécessite le développement d'un outil capable de prédire l'aimantation de la coque à chaque instant. Cette aimantation se décompose en deux parties: d'une part l'aimantation induite et d'autre part l'aimantation permanente. La première partie de ce travail s'attache à présenter les méthodes numériques permettant de calculer l'aimantation induite, c'est-à-dire la réaction du matériau plongé dans un champ inducteur. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à des méthodes intégrales conduisant à des répartitions de charges et de dipôles tangentiels localisées sur la coque. La deuxième partie propose une méthode pour déterminer l'aimantation permanente. Cette aimantation dépendant de l'histoire magnétique du bâtiment (hystérésis, magnétostriction... ), un calcul déterministe n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire de faire intervenir des mesures de champ magnétique effectuées à l'intérieur de la coque pour l'évaluer. Le présent travail propose une approche originale pour résoudre ce problème inverse. Celui-ci étant mal posé, nous proposons un critère de choix de la solution basé, non pas sur une approche mathématique, mais sur la connaissance physique des phénomènes mis en jeu. Une fois un modèle d'aimantation obtenu, il est alors possible de calculer le champ à l'extérieur du bâtiment. Tous nos résultats ont été validés sur une maquette représentative d'un navire réel.

Ce travail analyse la course de vitesse des enfants de l'école primaire et élabore, pour la formation des enseignants, un outil d'apprentissage de la lecture de cette course. La première partie a permis d'isoler des niveaux d'habileté en course de vitesse indépendamment de l'âge des enfants. Pour cela 270 enfants entre 2 et 11 ans ont été filmés et leur course analysée grâce au logiciel 3D vision de Gilles Dietrich. Chaque course a été identifiée par des indicateurs (temporels, spatio-temporels et angulaires) et par des mesures prises sur une représentation paramétrique de la trajectoire de la pointe du pied, le point fixe retenu étant l'oreille (la poulaine d'oreille). Un tri hiérarchique a permis de cerner 6, puis 5 niveaux d'habileté en course de vitesse chez les enfants. Chaque niveau a été décrit, les principales caractéristiques isolées par une analyse en composante principale. Une première modélisation des différents niveaux est proposée sous la forme d'une poulaine moyenne. D'une manière empirique, un cd-rom d'apprentissage de la lecture du mouvement a été conçu et testé auprès de stagiaires professeur d'école. Les résultats obtenus ont mis en évidence la difficulté de compréhension de la poulaine d'oreille. Ils ont conduit à une nouvelle modélisation, plus figurative, des niveaux de course par un "viseur". Cette modélisation prend en compte l'inclinaison du tronc, la position de la cheville et la position de la cuisse. Ils sont également à l'origine de transformations dans la conception de l'instrument pour apprendre. Le second cd-rom a été testé auprès d'enseignants stagiaires, il conduit à une meilleure analyse de la course des élèves

Les supraconducteurs à hautes températures sont considérablement utilisés dans des applications telles que des machines électriques. La conception de telles machines requiert une évaluation précise des pertes AC générées par leurs bobinages de câbles supraconducteurs multifilamentaires torsadés. Ainsi, des outils numériques robustes et précis sont indispensables afin de modéliser rapidement en 3D le comportement de tels câbles. Dans ce manuscrit, deux approches numériques dont une approche de type galerkin discontinue furent développées afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. Elles furent appliquées à la formulation en H couplée aux effets thermiques. La modélisation de cas simples a permis de valider ces approches en les comparant à celle des éléments finis implémentée sur Comsol. Puis, une transformation géométrique fut proposée afin de modéliser de façon équivalente en 3D, quelque soit la configuration en champ magnétique, des câbles à filaments supraconducteurs droits à la place de filaments torsadés. De cette transformation, un modèle d'ordre réduit fut développé et validé afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. À partir de ce modèle réduit, l'influence du champ elliptique sur les pertes par aimantation d'un échantillon de 100 câbles de 54 filaments de MgB ₂ torsadés fut modélisé en moins d'une journée. Par ailleurs, des premières études empiriques montrant la faisabilité d'une homogénéisation furent brièvement présentées et validées pour des câbles ayant une seule couche de filament. / High temperature superconductors are increasingly being used for several applications such as electrical machines. Thus the design of suchdevices ultimately requires an accurate evaluation of AC losses generated by superconducting coils sometimes made of twisted multifilamentary wires.The development of robust numerical tools geared towards the 3 D modeling of such wires is therefore needed. In this manuscript, the main objective isto develop numerical approaches allowing considerable simplifications of the modelling of twisted multi-filamentary superconducting wires in 3 D. First, two numerical approaches such as the discontinuous galerkin method applied on the thermally coupled H -formulation were developed. They were compared and validated on simple cases using the finite element method implemented in Com-sol. Then, a well-defined mapping was proposed to simply model in 3 D, for any magnetic field configuration, straight multifilamentary wires instead oftwisted ones. An application of this mapping allowed the development of a model-order reduction approach which simplify considerably the mod-elling of twisted wires in 3 D. Thus, the elliptical magnetic fields impact on magnetization losses was accurately modeled in less than a day with the reduced approach applied on 100 MgB ₂ wires with 54 twisted filaments. As a research perspective on the reduced model advanced applications, an homogenization, empirically defined, was briefly presented for wires with single layer only.

L'aluminium est un matériau très durable avec une excellente résistance à la corrosion qui pourrait être un excellent choix soit pour la construction de nouveaux ponts, soit pour la réhabilitation et le remplacement de tabliers de pont détériorés. Les ponts construits avec des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier offrent une solution prometteuse au problème du vieillissement de l'infrastructure des ponts. L'aluminium en tant que matériau structurel est aussi connu pour sa légèreté, qui facilite le transport et l'installation, et réduit les coûts des fondations. Cependant, cette caractéristique les rend sensibles vis-à-vis les excitations causées par les surcharges routières. La conception dynamique des ponts routiers par le code canadien de conception des ponts routiers (CSA S6-19) est basée sur le concept de facteurs d'amplification dynamique équivalents (FAD). Cependant, ces facteurs ont été établis principalement pour les ponts construits avec des matériaux traditionnels tels que le béton, le bois et l'acier. Il est donc prudent d'évaluer l'applicabilité de ces facteurs pour le cas des ponts légers construits avec des platelages d’aluminium extrudé. En outre, comme la rugosité de la surface des chaussées joue un rôle important dans le comportement dynamique d'un pont, il est important de considérer l'influence de la rugosité sur la réponse dynamique du pont. L'objectif de cette recherche est d'étudier le comportement dynamique des ponts composés des platelages d’aluminium extrudé et des poutres d’acier sous les surcharges routières en tenant compte de l'effet de la rugosité de la surface, et par conséquent d'évaluer l'applicabilité des FAD de la norme de conception actuelle pour de telles structures. Pour y parvenir, des modèles numériques ont été développés sur Abaqus pour une sélection des paramètres et des configurations des ponts. L'effet de la rugosité de surface sur la réponse dynamique est également étudié en générant l'algorithme de densité spectrale de puissance (DSP) selon la norme ISO 8608. Les résultats ont montré que les FAD dépendent énormément à la fois du ratio des fréquences véhicule-pont ainsi que de la rugosité de la surface. Au fur et à mesure que le ratio des fréquences véhicule-pont augmente, le FAD augmente de manière significative. Avec un ratio des fréquences véhicule-pont approchant 0,5, le FAD calculé dépasse la valeur du FAD recommandée par le code canadien. Il est à noter que les résultats de cette étude sont limités aux configurations de pont considérées à l'étude, et qu'une étude paramétrique approfondie est nécessaire pour tirer une conclusion générale sur l'applicabilité des valeurs actuelles du FAD pour les ponts légers en aluminium extrudé. / Aluminum is a highly durable material with excellent corrosion resistance that could be an excellent choice either for construction of new bridges or for rehabilitation and replacement of deteriorated bridge decks. Extruded aluminum deck-on-steel girder bridges offer promising solution to the aging bridge infrastructure problem. Aluminum as a structural material is also known for its lightweight, which facilitates transportation and installation, and reduces foundation requirements. However, this characteristic makes it sensitive to excitations from vehicular traffic. The dynamic design of highway bridges by the Canadian Highway Bridge Design Code (CSA S6-19) is based on the concept of equivalent dynamic amplification factors (DAF). However, these factors were derived largely for bridges made with traditional materials such as concrete, wood and steel. It is prudent to evaluate whether these factors are applicable to lightweight bridges made with extruded aluminum decks. In addition, since road roughness plays an important role in the dynamic behavior of a bridge, it is important to consider the influence of roughness on the bridge vibration response. The objective of this research is to investigate the dynamic behavior of aluminum deck-on-steel girder bridges under vehicular loads considering the effect of road roughness, and consequently evaluate the applicability of the current design DAFs for such structures. For this purpose, numerical models were developed in Abaqus for a selected bridge configuration and loading parameters. The effect of road roughness on dynamic response is also investigated by generating the power spectral density (PSD) algorithm according to ISO 8608. Results showed that the DAF strongly depend on both the vehicle-bridge frequency ratio and the road roughness. As the vehicle-to-bridge frequency ratio increases, the DAF rises significantly. With a vehicle-to-bridge frequency ratio approaching 0.5, the calculated DAF exceeds the DAF value recommended by the Canadian code. It is noted that results of this study are limited to the bridge configurations considered in the study, and extensive parametric study is required to draw a general conclusion about the applicability of the current DAF values for lightweight extruded aluminum bridges.

La présence de brouillard occasionne des perturbations des transports aériens et routiers et peut être à l'origine d'accidents graves. Cependant, le brouillard est en général un phénomène de petite échelle, influencé aussi bien par les transports advectifs locaux, les échanges turbulents que par sa structure microphysique. Une paramétrisation microphysique basée sur le modèle unidimensionnel de prévision du brouillard, PAFOG, a été introduite dans le modèle méso-échelle tridimensionnel,"Lokal Model". L'évaluation des prévisions de LM-PAFOG montre la dispersion des performances du modèle entre les périodes de jour et de nuit. Des comparaisons avec d'autres systèmes de prévision du brouillard pointent l'influence d'un schéma d'assimilation adapté, ainsi que celle de la paramétrisation de la visibilité. Enfin, un schéma de vérification utilisant des produits satellites pour le brouillard et les stratus bas a été testé.

Ce mémoire présente le calcul des effets de boucles d'immunisation dans les navires par la méthode des éléments finis. Le système 'd'immunisation est constitué de circuits électriques intérieurs au navire et destinés à compenser l'anomalie magnétique générée par le bâtiment sous l'effet du champ terrestre. La difficulté rencontrée réside dans la proximité entre les circuits électriques et les tôles ferromagnétiques, n en résulte une aimantation très localisée de ces tôles, qui ne peut être correctement calculée qu'en utilisant un maillage extrêmement fin. Sans outil numérique adapté, cette modélisation se révèle donc coûteuse, voire irréalisable dans un cas réel. Une nouvelle technique, la méthode de saut ou de coupure de potentiel, est proposée pour résoudre le problème. Physiquement, l'effet u an circuit sur une tôle se traduit par une quasi-discontinuité du potentiel scalaire j réduit, inconnue principale du système et représentant la réaction du matériau ferromagnétique. Cet effet local, compte tenu de la ( disproportion entre les dimensions des tôles et les distances tôles - circuits, peut être ramené à un problème bidimensionnel et calculé par une méthode analytique ou numérique simple. Le saut de potentiel réduit ainsi calculé est imposé dans la modélisation tridimensionnelle globale comme contraint sur les noeuds des éléments finis de la tôle proches de la boucle. Les différentes validations "■Amériques effectuée:: révèlent des résultats très satisfaisants sur des géométries simplifiées et prometteurs sur une géométrie complexe proche de celle d'un navire réel. Le gain en temps de calcul et en nombre d'inconnues du système est très important par rapport à une résolution s'appuyant sur un maillage très fin. Les validations expérimentales mettent en évidence la cohérence des modèles mathématiques utilisés et le comportement linéaire des matériaux sous ('effets des boucles, rendant inutile la prise en compte de l'hystérésis dans leur modélisation en général et dans le calcul des sauts de potentiel en particulier.

Dans la mise en forme par enlèvement de matière, pour certaines morphologies de pièces et sous certaines conditions de coupe, l'apparition de vibrations auto-entretenues est inévitable. <br />Pour remédier à ce phénomène en tournage des matériaux, une étude expérimentale originale exploitant la notion de torseur d'efforts est mise en place pour déterminer, très précisément, le comportement dynamique du système usinant (pièce/outil/machine). Les principaux paramètres relatifs au comportement dynamique du système usinant sont identifiés. La localisation des déplacements de la pointe de l'outil dans un plan caractéristique est démontrée. L'existence de ce plan et les corrélations avec les caractéristiques élastiques du système usinant permettent de simplifier le modèle dynamique 3D et de proposer un modèle en accord avec les résultats expérimentaux tout en restant dans une configuration tridimensionnelle de la coupe.<br />La simulation numérique issue de ce modèle simplifié fournit des résultats en bon accord avec l'expérience.

Le Web 3D atteint actuellement un nouveau stade de maturité grâce à la convergence de nouvelles technologies et l'émergence de nouveaux standards permettant l'exploitation du matériel graphique depuis les navigateurs Web. Malgré l'émergence de ces technologies, nous pouvons constater une faible pénétration des contenus 3D sur le Web, due entre autre au manque d'outils de création de haut niveau facilitant la production d'interfaces graphiques 3D pour le Web. Afin de palier ce manque, nous proposons un formalisme basé sur les technologies Web permettant de définir des métaphores complètes, attractives et efficientes pour la visualisation de grands ensembles de données, ainsi que la génération des interfaces graphiques 3D correspondantes. Ce formalisme doit être flexible en termes d'extensibilité, de modularité, de généricité en ce qui concerne les formats de données en entrée et en sortie du système, ainsi qu'en terme de gamme d'interfaces graphiques 3D pouvant être définies par le concepteur d'une interface Web. Le pipeline de création que nous proposons permet la description de métaphores de visualisation d'information prenant en compte à la fois la structuration des données (la façon dont l'utilisateur explore et accède aux données), et la présentation (la géométrie et la présentation des données) et les interactions utilisateur. Les interfaces générées peuvent être de complexité variable allant des interfaces graphiques 3D immersives à l'intérieur desquelles l'utilisateur final est représenté par un avatar et peut interagir avec d'autres utilisateurs, à des interfaces graphiques 3D très simples.

Cette thèse se propose de mettre au point, grâce aux nouveaux outils informatiques, une méthode d'étude originale de l'espace funéraire en offrant une restitution tridimensionnelle de la sépulture, de l'architecture aux sujets. La découverte en 2003, d'un secteur de la catacombe des Saints Pierre-et-Marcelin (Rome, Italie), encore inexploré et original dans son organisation, a initié ce travail. Plusieurs tombes, datées des Ier-IIIe s. ap. J.-C, accueillent une succession de dépôts d'un grand nombre d'inhumés. La complexité des ensembles funéraires de ce secteur a nécessité le recours à de nouvelles formes de représentation pour l'analyse. L'objectif de cette thèse est d'établir un protocole de modélisation des sépultures multiples adapté à la stratification complexe des dépôts. Nos recherches ont porté, dans un premier temps sur l'élaboration et le test d'un processus de modélisation adaptés aux deux tombes étudiées et dans un second temps sur l'analyse des temps chronologiques et de la gestion des dépôts. Nos recherches ont abouti à la mise au point d'une méthodologie d'acquisition et de restitution de l'ensemble des vestiges osseux, de l'appareil funéraire et de l'espace funéraire. La modélisation 3D a permis par la visualisation tridimensionnelle une étude fine individuelle, une analyse des relations entre les différents sujets et de l'évolution taphonomique des dépôts confirmant la simultanéité des dépôts au sein des niveaux et entre les niveaux en rapport avec une crise de mortalité.L'application d'un protocole d'enregistrement puis de restitutions sur cette catacombe pourra contribuer à l'élaboration d'une méthode pour l'approche des sépultures plurielles.