L’industrie aérospatiale doit faire face à de nouvelles exigences environnementales, tout particulièrement concernant la réduction des coûts de lancement. L’utilisation de matériaux sandwichs composites plus légers permet de répondre à ces besoins. Cependant, l’allégement des matériaux sandwichs favorise une transmission importante du bruit, d’où la nécessité de prendre en compte des critères vibroacoustiques dès la phase de préconception. Dans cette optique, le travail présenté dans ce mémoire a pour objectif de proposer une démarche d’optimisation vibroacoustique des panneaux sandwichs composites légers, sous contraintes de masse et rigidité. Une étude spécifique est consacrée à l’optimisation des variables géométriques de solides cellulaires à périodicité de type nid d’abeille. L’objectif principal est de minimiser la densité modale en s’appuyant sur des modèles homogénéisés fiables. Afin de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des panneaux sandwichs, une méthode numérique d’homogénéisation tridimensionnelle est développée. Cette méthode permet de calculer les propriétés mécaniques équivalentes en utilisant les déformations et contraintes moyennes sur le volume représentatif. Les résultats obtenus sont conformes à ceux calculés par des méthodes classiques basées sur des modèles analytiques. Dans le but d’identifier une fonction objectif riche en informations sur le comportement vibroacoustique de panneau sandwich, on choisit d’étudier la densité modale du panneau. Par la suite, la fréquence de transition, qui sépare la zone de comportement de flexion pure du panneau sandwich du comportement en cisaillement pur de l’âme, est utilisée pour définir la fonction objectif. Après une étude d’analyse de sensibilité sur les paramètres mécaniques et géométriques de la structure sandwich, une démarche globale d’optimisation mono-objectif est mise en oeuvre pour maximiser la fréquence de transition de la structure sandwich composite constituée d’une âme en nid d’abeille hexagonale. Enfin, cette démarche est étendue pour estimer les propriétés géométriques optimales de nouvelles âmes. / The aerospace industry has to adapt to new environmental requirements, especially concerning the reduction of the launch costs. The use of lighter composite sandwich materials can meet part of these requirements. However, their high stiffness-toweight ratio implies that they tend to increase noise transmission, which may be damageable to the payload. Vibroacoustic criterai should hence be taken into account from the early design stages. In this context, the work presented in this thesis aims to provide a vibroacoustic optimization approach of lightweight composite sandwich panels, under mass and stiffness constraints. A specific study is devoted to the optimization of geometric variables of periodic cellular solids such as honeycombs. The main objective is to minimize the modal density based on reliable homogenized models. In order to calculate the macroscopic mechanical properties of the sandwich panel, a numerical method of three-dimensional homogenization is developed. This method allows to calculate the equivalent mechanical properties by applying the average strains and stresses on a unit cell. The results obtained are consistent with those calculated by conventional methods based on analytical approaches. The modal density is chosen as an objective function for optimization, as it is closely related to the vibroacoustic behavior of the structure. The transition frequency, which separates the region of pure panel bending from the pure core shear zone, is further studied and considered as an alternative objective function. After a sensitivity analysis of the mechanical and geometric parameters of the sandwich structure, a mono-objective optimization approach is implemented to maximize the transition frequency of a composite sandwich structure with a hexagonal core. This approach is then extended to estimate the optimal geometric properties of new core shapes.

L'objectif de cette thèse est de développer des modèles d'homogénéisation analytiques de panneaux sandwichs en nid d'abeilles. A la différence des méthodes classiques, l'effet des peaux est pris en compte, conduisant à des propriétés mécaniques très différentes. Dans les cas des tractions, flexions, cisaillement dans le plan, cisaillements transversaux et torsion, différentes séries de fonctions analytiques sont proposées pour prendre en compte la redistribution des contraintes entre les parois du nid d'abeilles. Nous avons étudié l'influence de la hauteur du nid d'abeilles sur les propriétés élastiques. Les courbes des modules obtenues avec le modèle proposé sont bien bornées par les valeurs obtenues avec la théorie des poutres. Les contraintes d'interface sont également étudiées afin de comparer avec les modèles existant pour le problème de traction. De nombreux calculs numériques ont été réalisés avec nos H-modèles pour les problèmes de tractions, de flexions, de traction-flexion couplés, de cisaillement dans le plan, de cisaillement transversal et de torsion. De très bon accords ont été obtenus entre les résultats issus des H-modèles et ceux issus des calculs en éléments finis de coques en maillant complètement les panneaux sandwichs. Nos H-modèles ont été appliquées aux calculs de grandes plaques sandwichs industrielles en nid d'abeilles. La comparaison desrésultats entre les H-modèles et les calculs en éléments finis de coques du logiciel Abaqus sont en très bon accord. / The aim of this thesis is to develop an analytical homogenization model for the honeycomb core sandwich panels. Unlike conventional methods, the skin effects are taken into account, leading to a very different mechanical properties. In the cases of extensions, bendings, in-plane shear, transverse shears andtorsion, different analytical function series are proposed to consider the stress redistribution between the honeycomb walls. We have studied the influence of the height of the core on its homogenized properties. The moduli curves obtained by the present H-models are well bounded by the moduli values obtained by the beam theory. The interface stresses are also studied to compare with existing models for stretching problem. Many numerical computations with our H-models have been done for the problems of stretching, bending, in-plan and transverse shearing, as well as torsion. Very good agreement has been achieved between the results of the H-models and the results obtained by finite element simulations by completely meshing thesandwich panel with shell elements. Our H-models have been applied to the computations of industrial large sandwich panels with honeycomb core. The comparison of the results between the H-models and the simulations with Abaqus shell elements are in very good agreement.

Le contrôle actif a souvent été considéré pour la maîtrise du bruit basse fréquence rayonné par les panneaux d’habillage dans les cabines des avions et hélicoptères. Ces panneaux sont classiquement réalisés en matériaux sandwich nid d’abeille (nida), du fait de leur très bon rapport résistance/masse. La mise en œuvre des techniques de contrôle actif sur des panneaux de type nida n’a pas toujours donné des résultats à la hauteur des attentes. Le travail présenté dans cette thèse introduit un modèle coque/volume/coque (SVS) de panneau nida équipé de pastilles piézoélectriques, valide ce modèle expérimentalement et propose une analyse des limitations de performance du contrôle actif. Pour la modélisation des panneaux nida, la principale difficulté est d’estimer les propriétés effectives d’un matériau homogène équivalent au cœur. On introduit une procédure d’homogénéisation numérique à partir d’un modèle 3D très détaillé de la structure du nida. Cette procédure est basée sur la corrélation des modes périodiques du modèle 3D et du modèle SVS. L’utilisation de modes périodiques permet l’analyse détaillée de l’influence des constituants dans le comportement vibratoire du nida, en particulier de la couche de colle et des peaux du sandwich. Des essais vibratoires mettent en évidence les effets viscoélastiques présents pour les nida à base de papier Nomex. Ces effets sont pris en compte dans le modèle SVS en utilisant des paramètres élastiques dépendant de la fréquence. On intègre ensuite des actionneurs et capteurs piézoélectriques au modèle de panneau nida validé. Différentes stratégies pour l’intégration du modèle proposé dans un processus de conception sont discutées. On montre enfin que la réponse statique à une tension électrique correspond à une cloque, flexion très localisée des peaux plutôt que flexion globale du panneau. Il en résulte une mauvaise performance des actionneurs. Cet effet local est retrouvé sur un modèle de panneau d’habillage réaliste étudié à l’ONERA. / Active control has often been considered for low frequency control of noise radiated by trim panels inside aircraft or helicopter cabins. Trim panels are usually made of honeycomb core sandwich because of their high strength to mass ratio. Active control techniques applied to honeycomb panel have not always given results as good as expected and this thesis aims to understand these limitations based on validated mechanical models of the active panels. For the modeling of honeycomb panels, the main difficulty is to estimate equivalent properties for the core. A numerical homogenization procedure is introduced to estimate effective parameters of a shell/volume/shell model based on the correlation with periodic modes of a detailed 3D model. The use of periodic modes allows a detailed analysis of the influence of constituent properties, especially glue and skin. Tests show that the considered Nomex based honeycomb has significantly viscoelastic behavior. In the model, the viscoelastic behavior of the core is taken into account by a frequency dependence of material parameters. Piezoelectric actuators and sensors are included in the validated honeycomb model. Strategies for integration in a numerical design process are discussed. Finally, the static response to an applied voltage is shown to correspond to a blister shape with local bending of the skin rather than global bending of the panel. This behavior results in poor actuator performance, which is also found in a realistic panel configuration studied at ONERA.

Les algorithmes des systèmes temps réels incluent de plus en plus de nids de boucles, qui sont caractérisés par un temps d’exécution important. De ce fait, plusieurs démarches de parallélisme des boucles imbriquées ont été proposées dans l’objectif de réduire leurs temps d’exécution. Ces démarches peuvent être classifiées selon deux niveaux de granularité : le parallélisme au niveau des itérations et le parallélisme au niveau des instructions. Dans le cas du deuxième niveau de granularité, les techniques visent à atteindre un parallélisme total des instructions appartenant à une même itération. Cependant, le parallélisme est contraint par les dépendances des données inter-itérations ce qui implique le décalage des instructions à travers les boucles imbriquées, provocant ainsi une augmentation du code proportionnelle au niveau du parallélisme. Par conséquent, le parallélisme total au niveau des instructions des nids de boucles engendre des implémentations avec des temps d’exécution non-optimaux et des tailles du code importantes. Les travaux de cette thèse s’intéressent à l’amélioration des stratégies de parallélisme des nids de boucles. Une première contribution consiste à proposer une nouvelle technique de parallélisme au niveau des instructions baptisée « retiming multidimensionnel décalé ». Elle vise à ordonnancer les nids de boucles avec une période de cycle minimale, sans atteindre un parallélisme total. Une deuxième contribution consiste à mettre en pratique notre technique dans le contexte de l’implémentation temps réel embarquée des nids de boucles. L’objectif est de respecter la contrainte du temps d’exécution tout en utilisant un code de taille minimale. Dans ce contexte, nous avons proposé une première démarche d’optimisation qui consiste à utiliser notre technique pour déterminer le niveau parallélisme minimal. Par la suite, nous avons décrit une deuxième démarche permettant de combiner les parallélismes au niveau des instructions et au niveau des itérations, en utilisant notre technique et le « loop striping » / The real time implementation algorithms always include nested loops which require important execution times. Thus, several nested loop parallelism techniques have been proposed with the aim of decreasing their execution times. These techniques can be classified in terms of granularity, which are the iteration level parallelism and the instruction level parallelism. In the case of the instruction level parallelism, the techniques aim to achieve a full parallelism. However, the loop carried dependencies implies shifting instructions in both side of nested loops. Consequently, these techniques provide implementations with non-optimal execution times and important code sizes, which represent limiting factors when implemented on embedded real-time systems. In this work, we are interested on enhancing the parallelism strategies of nested loops. The first contribution consists of purposing a novel instruction level parallelism technique, called “delayed multidimensional retiming”. It aims to scheduling the nested loops with the minimal cycle period, without achieving a full parallelism. The second contribution consists of employing the “delayed multidimensional retiming” when providing nested loop implementations on real time embedded systems. The aim is to respect an execution time constraint while using minimal code size. In this context, we proposed a first approach that selects the minimal instruction parallelism level allowing the execution time constraint respect. The second approach employs both instruction level parallelism and iteration level parallelism, by using the “delayed multidimensional retiming” and the “loop striping”

Chez de nombreuses espèces d'insectes sociaux, le nid joue un rôle central dans la survie de la colonie. Une fonction supposée du nid est d'assurer une protection contre les fluctuations climatiques importantes. Il est donc nécessaire d'étudier la façon dont les nids construits par les animaux régulent les facteurs abiotiques et réciproquement comment ces facteurs modulent le comportement constructeur et en conséquence l'architecture de ces nids. Pour toutes ces questions, des réponses partielles et fragmentaires existent dans la littérature. Le premier objectif de cette thèse consiste à étudier les propriétés thermorégulatrices supposées des nids de termites. Nous avons choisi comme modèles d'étude deux espèces de termites du cerrado brésilien, Cornitermes cumulans et Procornitermes araujoi. Ces deux espèces sympatriques construisent toutes les deux des nids composés d'une partie hypogée et d'une partie épigée. Si les nids de ces deux espèces offrent une morphologie externe similaire, les architectures internes diffèrent nettement et les parois externes semblent également posséder des propriétés différentes. Nous avons exploré si ces différences de structure étaient liées à des différences dans leurs propriétés thermorégulatrices. Nous avons enregistré les températures dans les nids de ces deux espèces et proposé une méthodologie pour étudier la dynamique de diffusion de la chaleur en leur sein. Des mesures de l'humidité relative, plus difficiles à traiter, sont également discutées. En complément de ces travaux de terrain, nous avons testé la survie des termites soumis à différentes conditions de température et d'hygrométrie. Ces expériences ont permis de tester l'hypothèse d'adaptation des individus aux conditions abiotiques potentiellement différentes, en relation avec les milieux de vie de ces deux espèces. Le second objectif de cette thèse vise à apprécier l'effet des facteurs abiotiques, notamment de la température, dans les processus de construction du nid. En effet, les facteurs abiotiques sont connus pour affecter les comportements des insectes, aussi bien au niveau individuel que collectif. Pour aborder ce sujet, nous avons travaillé avec la fourmi Lasius niger dont le comportement constructeur, analogue à celui des termites, a déjà été modélisé. Cette espèce de fourmi très commune dans l'hémisphère nord, construit un nid également composé d'une partie sous-terraine et d'une partie épigée, comme les deux espèces de termites étudiés. En laboratoire, les ouvrières de L. niger construisent en quelques heures des piliers qu'elles finissent par recouvrir de plafonds formant les premières bases de la construction. Nous avons étudié le comportement de construction des fourmis sous différentes conditions de températures afin de mesurer l'effet de ce paramètre abiotique sur l'architecture des structures émergentes. Une analyse quantitative et qualitative de l'architecture a été réalisée après avoir scanner ces structures à l'aide d'un scanner de surface et d'un tomographe à rayon X. Avant d'étudier le comportement constructeur, nous avons préalablement réalisé une expérience visant à étudier le préférendum thermique des fourmis. Nos résultats indiquent que la régulation des températures dans les nids suit l'équation classique de la chaleur où l'architecture pourrait jouer un rôle sur la dynamique de diffusion dans le nid. Les facteurs abiotiques étudiés ont un effet sur la survie des termites, la distribution des fourmis et l'architecture émergente, en accord avec les prédictions d'un modèle de construction précédemment établi. Cependant, nous restons loin d'une compréhension globale de l'interaction entre la régulation des facteurs abiotiques par le nid, leur effet sur l'architecture de ce dernier et leur influence sur les traits d'histoire de vie des individus qui l'occupent. / For many social insects, the nest is a central element for the colony's survival. A presumed function of the nest is to ensure protection against climatic fluctuations of the environment. One has to ask how the nests achieve to regulate such abiotic factors, and whether this factors modulate the construction behavior and thus the architecture of the nests. For all these questions only partial and fragmentary answers exist in the literature. The first aim of this thesis was to investigate the putative thermo regulating property of termite nests. We focused on two termite species found in the Brazilian cerrado: Cornitermes cumulans and Procornitermes araujoi. These two sympatric species both build nests consisting of an hypogeous and of an epigeous part. If these structures might seem similar, the internal architecture and the nest composition are quite different. We first aim to investigate whether these differences between the two structures influence their thermo regulating property. To do so, we monitored the temperatures inside the nests of the two species and we proposed a methodology to study the heat diffusion dynamics inside the structures. We also monitored the relative humidity, a factor that is essential for termite survival but that proved to be more complicated to understand. To complement this field work, we tested the survival of the two termite species in different conditions of temperature and relative humidity to test whether they present some adaptations to resist to such conditions related to their living environment. The second aim of this thesis was to study the effects of abiotic factors and more precisely temperature on the nest construction process. In fact, abiotic factors are known to affect insects' behavior, as much on the individual than on the collective level. Here we used the ant Lasius niger in which the construction behavior had already have modelled. This really common species of the northern hemisphere build a nest also made of an hypogeous and of an epigeous part. In the lab, the workers quickly build pillars that they covered by caps and thereby established the first basis of the structure. We performed an experiment where we constrained ants to build under different temperature conditions to test the effect of this abiotic factor on the emerging architecture. It is then possible to establish a quantitative and qualitative description of the architecture by scanning the structure thanks to a surface scanner or with X-ray tomography. Before studying the construction behavior, we first did an experiment to study the ants thermal preferendum. We found temperature regulation in the nest to follow the common heat equation where architecture only modifies the speed of heat diffusion in the nest. The studied environmental factors had complex effects on termite survival, ant distribution and the emerging ant architectures, the latter in agreement with the predictions of the construction model. However, we are still far from a coherent understanding of the interplay between the regulation of abiotic factors by the nest, their effect on his architecture architecture, and their influence on the animal's life history parameters.

Les filtres à particules (FAP) utilisés dans les véhicules de PSA Peugeot-Citroën sont constitués d'un assemblage de modules (dits segments) de nids d'abeilles en carbure de silicium. Ces structures sont soumises à de forts gradients thermiques lors de la phase de régénération (décolmatage) par combustion des suies. En fonction de la sévérité de la régénération, les filtres sont susceptibles de présenter un endommagement mécanique qui se manifeste sous la forme de fissures, pouvant compromettre, dans certains cas extrêmes, l'efficacité de la filtration. Ce travail a eu pour but principal de développer des modélisations thermomécaniques, expérimentales et numériques, du phénomène de régénération. Les propriétés thermomécaniques des structures cellulaires constituant les FAP ont été caractérisées expérimentalement et un matériau anisotrope homogène équivalent aux nids d'abeilles a été défini, en vue de la réalisation de calculs par éléments finis. L'analyse des nombreuses mesures de températures réalisées lors d'essais de régénération sévère sur banc moteur a permis d'identifier l'évolution temporelle du champ thermique provoquée par la combustion des suies. Les instants d'apparition des fissures ont été déterminés par émission acoustique. Les lieux et les moments de fissuration ont pu être associés à la présence locale de forts gradients thermiques. Un banc d'essai simplifié à chauffage par effet Joule a été conçu dans le but de reproduire sur un segment isolé les chargements thermiques rencontrés lors des essais sur banc moteur. A partir des mesures de températures réalisées, les champs thermiques ont été reconstitués et les champs de contraintes associés calculés par éléments finis. La corrélation de ces champs avec les lieux et les instants de fissuration relevés expérimentalement a permis de proposer un critère simple d'amorçage des fissures, extrapolable aux essais sévères sur banc moteur.

L'aménagement forestier entraîne vraisemblablement une dégradation de l'habitat pour plusieurs espèces associées aux forêts matures. Ces dernières sont soumises à des pressions qui peuvent entraîner des baisses de population et mener à des disparitions locales. Les espèces qui dépendent des cavités arboricoles pour accomplir leur cycle de vie (espèces cavicoles) figurent parmi ces espèces vulnérables. Ce groupe représente une large proportion de la diversité spécifique vertébrée en forêt boréale. Il est crucial de déterminer si l'aménagement des forêts tel qu'il est pratiqué de nos jours permet de maintenir des habitats de nidification pour les espèces cavicoles notamment, pour les picidés qui excavent la majorité des cavités disponibles pour les autres espèces cavicoles en forêt boréale. Le premier chapitre de ce mémoire porte sur le rôle des habitats résiduels pour le maintien des picidés en forêt boréale mixte aménagée. Dans cet écosystème, l'aménagement des paysages forestiers entraîne une raréfaction des arbres qui offrent un potentiel pour la nidification. Ils sont concentrés dans les forêts résiduelles linéaires (séparateurs de coupe et bandes riveraines). Nous avons effectué une recherche de cavités actives dans des habitats résiduels 10 à 20 ans après la coupe. Nos résultats indiquent que l'ouverture du paysage par la coupe engendre une concentration des activités de nidification dans les habitats résiduels linéaires. Par ailleurs, le suivi des nids de picidés indique que le succès de nidification est équivalent dans les habitats résiduels et les forêts témoins. Malgré une réduction substantielle de la quantité de forêts dans les paysages aménagés, les habitats résiduels linéaires apparaissent être des habitats de nidification de qualité pour les picidés. Le second chapitre vise à comparer des techniques d'échantillonnage utilisées lors d'études portant sur la faune cavicole. L'évaluation de la disponibilité des cavités est cruciale pour identifier et maintenir des habitats propices à la nidification en forêt aménagée. La détection de cavités en vérifiant les arbres à partir du sol est rapide et peu couteuse toutefois, cette technique est vraisemblablement biaisée puisqu'une proportion élevée de trous détectés ne sont pas complétés par une chambre utilisable par la faune. L'inspection directe de l'intérieur des cavités à l'aide d'une caméra fixée sur une perche est probablement plus précise, mais nécessite davantage d'effort. Il existe toutefois peu d'information sur l'apport de cette technique comparativement au suivi à partir du sol. Cette étude a pour objectifs; 1) d'estimer la proportion de trous détectés visuellement à partir du sol qui sont des cavités (qui ont une chambre propice à la nidification), et 2) de déterminer la proportion de cavités occupées qui peuvent être détectées à partir du sol. Nos résultats montrent que seulement 36% des trous détectés à partir du sol contiennent une chambre permettant la nidification. Par ailleurs, les excavateurs primaires étaient généralement détectés à partir du sol alors que seulement 48% des utilisateurs secondaires ont été détectés de cette manière. Nous concluons que l'inspection directe des trous est indispensable pour recueillir des données précises sur la disponibilité des cavités et sur leur taux d'occupation par des utilisateurs secondaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Picidés, habitat résiduel, aménagement forestier, succès de nidification, productivité des nids, excavateur primaire de cavités, inspection des cavités, densité de cavités, faune cavicole, utilisateur secondaire de cavités.

Des panneaux sandwichs en nid d'abeilles sont largement utilisés, notamment dans l’industrie aérospatiale et aéronautique, à cause du très bon rapport entre rigidité en flexion et poids. Concernant leur modélisation, ils sont considérés classiquement comme de milieux homogénéisés équivalents afin d'éviter des modèles numériques prohibitifs en coûts de calculs. Cependant, des travaux précédents ont montré que, si le comportement dynamique en membrane des sandwichs peut être correctement représenté par des modèles homogénéisés classiques dans une large gamme de fréquences, ces mêmes modèles ne permettent malheureusement pas de bien décrire le comportement en flexion dans le domaine de hautes fréquences (HF). En effet, la couche centrale en nid d'abeilles joue un rôle important dans le comportement en flexion du sandwich, il est donc indispensable de la modéliser de manière appropriée. Or, lorsque les longueurs d’onde impliquées deviennent aussi petites que les longueurs caractéristiques des cellules du nid d’abeilles, cette microstructure cellulaire interagit fortement avec les ondes et génère des effets d’interaction non négligeables, qui ne sont malheureusement pas pris en compte par des modèles homogénéisés classiques. Dans le cadre de cette thèse, on s’intéresse donc à l'amélioration de l’analyse théorique et numérique de la propagation d’ondes élastiques HF dans ces panneaux composites. On exploite les caractéristiques périodiques du nid d'abeilles en utilisant sur une approche numérique basée sur la théorie des ondes de Bloch. En effet, en décomposant des solutions non périodiques sur une base composée de modes périodiques de Bloch, il est possible de développer des modèles numériques, qui considèrent des phénomènes de propagation des ondes à l’intérieur d’une seule cellule de base et captent toutes les interactions. Ces modèles numériques sont donc de taille raisonnable, par rapport aux dimensions souvent très importantes des structures industrielles. Des analyses théoriques et des outils de modélisation ont été développés pour des milieux périodiques composés de structures minces : poutres ou plaques. Notre approche a été développée et validée pour des structures périodiques uni- puis bi-dimensionnelles composées de poutres. Pour les cas 2D, la forme de la cellule est hexagonale ou rectangulaire. Nous avons aussi considéré des plaques sandwichs en nid d’abeilles. Pour toutes ces structures, en identifiant les valeurs propres et les modes propres de Bloch sur une cellule primitive pour tous les vecteurs d’onde de Bloch situés dans la première zone de Brillouin dans l’espace de phase, la relation de dispersion entre le vecteur d'onde de Bloch et la valeur propre est calculée. En analysant cette relation de dispersion, les résultats importants sont obtenus, tels que les bandes de fréquences passantes et bloquantes et les caractéristiques d'anisotropie et dispersives des structures périodiques, la comparaison quantitative entre les premiers modes de Bloch et ceux des modèles homogénéisés classiques en vue d’une définition précise du domaine validation en fréquence de ceux-derniers et la mise en évidence des modes de Bloch « rétro-propagatifs » munis d’une vitesse de groupe négative. / Honeycomb core sandwich panels are widely used in the aeronautic industry due to their excellent flexural stiffness to weight ratio. Generally, classical homogenized model is used to model honeycomb core sandwiches in order to have an efficient but not expensive numerical modeling. However, previous works have shown that, while the homogenized models could correctly represent the membrane waves’ behavior of sandwiches in a large frequency range, they could not give satisfying simulation results for the flexural waves’ behavior in the high frequency range (HF). In fact, the honeycomb core layer plays an important role in the propagation of the flexural waves, so that when the involved wavelengths become close to the characteristic lengths of honeycomb cells, the cellular microstructure starts interacting strongly with the waves and its effect should no longer be neglected, which is unfortunately not the case of the homogenized models. In the present work, we are interested in improving the theoretical and numerical analysis of HF elastic waves’ propagation in honeycomb core sandwich panels by a numerical approach based on the Bloch wave theorem, which allows taking into account the periodic characteristics of the honeycomb core. In fact, by decomposing non-periodic wave solutions into their periodic Bloch wave basis modes, numerical models are defined on a basic cell and solved in a efficient way, and provide a better description and so a better understanding of the interaction between HF wave propagation phenomena and the periodic structures. Our numerical approach is developed and validated in the cases of one-dimensional periodic beam structures, of two-dimensional periodic hexagonal and rectangular beam structures and of honeycomb core sandwich plates. By solving the eigenvalue problem of the Bloch wave modes in one primitive cell of the periodic structure for all the wave vectors located in the corresponding first Brillouin zone in the phase space, the dispersion relation between the wave vector and the eigenvalue is calculated. The analysis of the dispersion relation provides important results such as: the frequency bandgaps and the anisotropic and dispersive characteristics of periodic structures, the comparison between the first Bloch wave modes to those of the classical equivalent homogenized models and the existence of the retro-propagating Bloch wave modes with a negative group velocity.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'influence des micro-perforations sur la réponse vibratoire d'une structure cellulaire de type panneau sandwich NIDA (nid d'abeille). Les réflecteurs d'antenne de satellites placés sur les satellites de télécommunication, comme beaucoup d'autres éléments, sont fabriqués avec ce type de matériaux. Lors du décollage du lanceur pour la mise en orbite du satellite, les sollicitations mécaniques appliquées au système sont de nature acoustique et solidienne. La sollicitation acoustique liée au champ acoustique diffus et de très fort niveau présent dans la coiffe du lanceur est la plus importante. Elle joue un rôle important dans le dimensionnement et la conception du réflecteur d'antenne. L'enjeu de la thèse est d'évaluer le potentiel d'un traitement de ce panneau par micro-perforations pour en réduire les vibrations. L'effet des micro-perforations sur la réponse vibratoire du réflecteur d'antenne est double. D'une part, le chargement acoustique que constitue la pression excitatrice est réduit par un mécanisme d'absorption du à la présence des micro-perforations, couplées aux cavités formées par les cellules NIDA du matériau. Cet effet, connu dans la littérature est décrit notamment par le modèle d'impédance acoustique de D.-Y. Maa, couplé à un modèle d'impédance de la cavité NIDA et prenant en compte les rayonnements interne et externe à la micro-perforation. D'autre part, un effet, de nature vibro-acoustique est induit par le couplage entre les vibrations du panneau et les mouvements acoustiques dans les micro-perforations. La modélisation de cet effet, mal décrit dans la littérature constitue un élément original du travail : un modèle discret construit à partir de l'impédance acoustique d'un orifice permet le calcul d'une force d'amortissement élémentaire, puis, après homogénéisation, à une estimation de l'amortissement modal du panneau micro-perforé. Les modélisations proposées pour la réduction de chargement acoustique et de l'amortissement ajouté par micro-perforation montrent que la réponse vibratoire du panneau est faiblement réduite dans la plage de fréquence d'intérêt, ce que confirment plusieurs tests expérimentaux : comparaison de réponse de panneau micro-perforé ou non en chambre réverbérante et en chambre à bruit. La modification de chargement acoustique apportée par la micro-perforation des deux faces du panneau sandwich NIDA est modélisée dans le dernier chapitre et donne lieu à une augmentation de l'effet dans la gamme de fréquence visée. / This thesis work is about the study of the microperforations influence on the vibratory response of a cellular structure as a honeycomb sandwich panel. Satellites' antenna's reflectors placed on telecommunication satellites, as many satellites' elements, are manufactured in this kind of materials. During the launcher take-off for putting satellite into orbit, the mechanical stresses applied to the system are acoustical and vibration borne stress. The acoustic stress, linked to the high level diffuse acoustic field inside the launcher fairing is the most important. It plays a part in the antenna's reflector size and conception. The issue of the thesis is to evaluate the potential of a treatment using microperforations on this panel in order to reduce its vibration. The microperforations effect on the vibration response of the antenna's reflector is double. On one hand, the acoustic loading applied by the exciter pressure is reduced by an absorption mechanism due to the presence of microperforations, coupled to cavities formed by honeycomb cells. This effect, well known in the litterature, is for instance described by the acoustic impedance model developped by D.-Y. Maa, coupled to an impedance model of honeycomb cavity and taking into account the inner and outer radiations of the microperforation. On the other hand, a vibro-acoustical effect is induced by the coupling between panel vibrations and acoustic movements inside microperforations. The modelling of this effect, not well described in the litterature, constitutes an original element of the thesis work: a discrete model constructed using the acoustic impedance of an orifice, allows the computation of an elementary damping force and then leads, after an homogenisation, to an estimation of the modal damping of the microperforated panel. Both modellings proposed for the acoustic loading reduction and the damping added by microperforations, show that the panel vibration response is weakly reduced in the frequency band of interest, which confirms experimental tests like: response comparison of non microperforated and microperforated panels placed in reverberant room and noise chamber. The acoustic loading modification induced by the microperforation of both sides of the honeycomb sandwich panel is modelling in the thesis last chapter and allows an increase of the effect on the frequency band aimed.

Ma thèse a pour objectifs d’étudier et d’améliorer le confort d’un coussin d’assise dans le cas d’un fauteuil roulant pour handicapé, afin de limiter au mieux, l’apparition des escarres.Mes travaux ont pour principal objectif de modéliser et de simuler numériquement un coussin de type nid d’abeille de marque ‘‘Stimulite® Honeycomb Cushion’’ en contact avec un fessier afin de pouvoir (i) modéliser le comportement mécanique de contact, (ii) d’évaluer la pression ainsi que la distribution des contraintes à l’interface coussin/fessier, et (iii) d’intégrer les échanges thermomécaniques.Par ailleurs, des essais expérimentaux ont été effectués pour quantifier les lois de comportement des matériaux constituants le coussin nid d’abeille. J’ai également utilisé une nappe permettant de mesurer la pression à l’interface coussin/fessier. Parallèlement, une caméra infrarouge a été utilisée pour mesurer la répartition de la température sur le coussin et le fessier pour une personne assise pendant une durée variable. / The aim of this thesis is to study and improve the comfort of a wheelchair cushion for handicapped, to reduce the appearance of pressure ulcers.In the study, the main objective is to model and simulate numerically a type of cushion, namely ‘‘Stimulite® Honeycomb Cushion Classis’’, in contact with a buttocks-tissue in order to (i) model the mechanical behavior of contact, (ii) evaluate the pressure and the stress distribution at the interface cushion/buttock-tissue, and (iii) integrate thermo-mechanical exchanges.Moreover, the experimental tests were carried out to quantify the law of behavior of material constituent of the honeycomb cushion. I also used a pressure-mapping sensor TexiMat® to measure the pressure at the interface cushion/buttocks-tissue.Meanwhile, an infrared camera was used to measure the temperature distribution on the cushion and buttocks-tissue of a person sitting during variable periods.