On s'est intéressé dans ce travail à la modélisation 2D et 3D du procédé CIC (Compaction Isostatique à Chaud) à l'échelle mésoscopique, en vue d'une compréhension approfondie des différents mécanismes physiques impliqués dans la densification de poudre. Le modèle est formulé dans un cadre eulérien, et est basé sur l'utilisation de la méthode level-set couplée avec une technique de génération et d'adaptation de maillages éléments finis afin de modéliser la déformation des particules de poudre sur un Volume Élémentaire Représentatif (VER). La génération des particules a été effectuée avec un générateur statistique de microstructures en tenant compte d'une distribution réelle de la taille des particules. Les conditions aux limites mécaniques ont été appliquées sur le VER, entraînant la déformation des particules et la densification du VER. Dans ce travail, la déformation viscoplastique des particules a été considérée comme le seul mécanisme de densification (mécanisme prépondérant pour une grande partie du temps du procédé). A partir de données issues de simulations macroscopiques du mécanisme CIC pour le cas de particule de poudre 316L, des simulations mésoscopiques ont été réalisées (approche macro-méso). Les résultats de ces simulations sont présentés et discutés à la lumière d'une étude expérimentale (microscopie optique, MEB, EBSD et EPMA) de la structure et microstructure des particules, obtenues à partir d'essais de compactions interrompus. De plus, des essais mécaniques ont été réalisés à température ambiante sur des lopins totalement denses issus du procédé CIC.Mots clés : CIC, 316L, compaction de poudre, fonction level-set, génération et adaptation de maillages, échelle mésoscopique, étude expérimentale, microstructure, EBSD, essais mécaniques.

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The design and development of isolation or backfill materials, which seal the disposal facility, are important for disposing the wastes. The use of compacted bentonite-sand for construction of shaft seals and liners for waste containment structures has been proposed by various studies. Therefore / it is aimed in this study to develop an isolation material to be used in underground waste repositories. For such designs to be effective, their performance need to be assessed and a minimum hydraulic conductivity requirement defined by regulatory agencies should be satisfied (i.e. 1x10-8 m/s in Turkey, 1x10-9 m/s in USA). Therefore / this study assesses the performance of compacted bentonite/sand mixtures in terms of hydrological and mechanical properties. To be able to assess the performance of this material, a variety of laboratory tests were carried out. Engineering geological tests such as compaction, falling head permeability, swelling, unconfined compression and shear strength tests were conducted to select an optimum mixture. Finally, an optimum bentonite-sand mixture possessing 30% bentonite was recommended for the isolation of underground waste disposal facilities.

In this study, fracture grouting technique of saturated, granular soils of different fine content were investigated. Model tests were carried out by using fluid particulate grouts namely micro fine cement and ordinary portland cement grouts. Basically, relationships were obtained between soil conditions (grain size distribution, relative density, overburden stress) and grouting parameters (type of grout, grouting pressure, amount of injected grout, rheological properties of the grout or water/solids ratio). At the end of the tests the soil specimens were exposed and the final grout shapes were observed and correlated with the grouting parameters. Response of soil specimens to grouting process under different grouting pressures and grout compositions was analyzed. Amount of heave occurred at the top of the specimen during injections was recorded at each test. Micro fine cement grout and ordinary portland cement grout showed significant differences rheologically. Micro fine cement grout, with much higher Blaine fineness, lower specific gravity, lower viscosity and cohesion, lower bleed and filtration coefficients, made it possible to fracture the fine sandy soils of different fine content. Results of tests performed with micro fine cement grouts show that fracturing pressure generally decreases with an increase in the water content of the grout but generally increases as the fine content of the soil increases. A higher relative density of the soil increases the fracturing pressure significantly. The volumes of grout injected into soil specimens until fracturing show an increasing tendency as the water/solids ratio decrease. Ordinary portland cement grout, on the other hand, exposed to high pressure filtration during grouting in relatively clean sand and addition of some amount of kaolinite or fines is required to reduce the filtration percentages during grouting in order to fracture grout the sandy soil. Filtration due to high permeabilities results in accumulation of cement particles around the injection point and grouting tends to take a form similar to compaction grouting.

This thesis analyzes how parallel processing with Graphics Processing Unit (GPU) could be used for massive crowd simulation, not only in terms of rendering but also the computational power that is required for realistic simulation. The extreme population in massive crowd simulation introduces an extra computational load, which is quite difficult to meet by using Central Processing Unit (CPU) resources only. The thesis shows the specific methods and approaches that maximize the throughput of GPU parallel computing, while using GPU as the main processor for massive crowd simulation. The methodology introduced in this thesis makes it possible to simulate and visualize hundreds of thousands of virtual characters in real-time. In order to achieve two orders of magnitude speedups by using GPU parallel processing, various stream compaction and effective memory access approaches were employed. To simulate crowd behavior, fuzzy logic functionality on the GPU has been implemented from scratch. This implementation is capable of computing more than half billion fuzzy inferences per second.

In munitions technologies, hazard investigations for explosive (or more generally energetic material) including systems is a very important issue to achieve insensitivity. Determining the response of energetic materials to different types of mechanical or thermal threats has vital importance to achieve an effective and safe munitions design and since 1970&rsquo / s, lots of studies have been performed in this research field to simulate the dynamic response of energetic materials under some circumstances. The testing for hazard investigations is a very expensive and dangerous topic in munitions design studies. Therefore, especially in conceptual design phase, the numerical simulation tools for hazard investigations has been used by ballistic researchers since 1970s. The main modeling approach in such simulation tools is the numerical simulation of deflagration-todetonation transition (DDT) phenomenon. By this motivation, in this thesis study, the numerical simulation of DDT phenomenon in solid energetic materials which occurs under some mechanical effects is performed. One dimensional and two dimensional solvers are developed by using some well-known models defined in open literature for HMX (C4 H8 N8 O8) with 73 % particle load which is a typical granular, energetic, solid, explosive ingredient. These models include the two-phase conservation equations coupled with the combustion, interphase drag interaction, interphase heat transfer interaction and compaction source terms. In the developed solvers, the governing partial differential equation (PDE) system is solved by employing high-order central differences for time and spatial integration. The two-dimensional solver is developed by extending the complete two-phase model of the one-dimensional solver without any reductions in momentum and energy conservation equations. In one dimensional calculations, compaction, ignition, deflagration and transition to detonation characteristics are investigated and, a good agreement is achieved with the open literature. In two dimensional calculations, effect of blunt and sharp-nosed projectile impact situations on compaction and ignition characteristics of a typical explosive bed is investigated. A minimum impact velocity under which ignition in the domain fails is sought. Then the developed solver is tested with a special wave-shaper problem and the results are in a good agreement with those of a commercial software.

This dissertation focuses on developing a predictive method for determining the dynamic densification behavior of thermite powder mixtures consisting of equivolumetric mixtures of Ta + Fe₂O₃ and Ta + Bi₂O₃. Of primary importance to these highly reactive powder mixtures is the ability to characterize the stress at which full compaction occurs, the crush strength, which can significantly influence the stress required to initiate reaction during dynamic or impact loading. Examined specifically are the quasi-static and dynamic compaction responses of these mixtures. Experimentally obtained compaction responses in the quasi-static regime are analyzed using available compaction models, and an analysis technique is developed that allows for a correct measurement of the apparent yield strength of the powder mixtures. The correctly determined apparent yield strength is combined with an equation of state to yield a prediction of the shock densification response, including the dynamic crush strength of the thermite powder mixtures. The validated approach is also extended to the Al + Fe₂O₃ thermite system. It is found that accurate predictions of the crush strength can be obtained through determination of the apparent yield strength of the powder mixture when incorporated into the equation of state. It is observed that the predictive ability in the incomplete compaction region is configurationally dependent for highly heterogeneous thermite powder systems, which is in turn influenced by particle morphology and differences in intrinsic properties of constituents (density, strength, etc.).

La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Les précipitations qui se déposent sont balayées par les vents, s'accumulent pour former des couches. En s'enfouissant, les grains de neige qui les constituent subissent un métamorphisme qui modifie leur taille et leurs caractéristiques. Pourtant, Les taux d'accumulations ou les tailles des grains de neige, dont la signature est contenue dans les observations de la proche surface, sont des indicateurs climatiques clés, jusqu'alors mal connus. <br /><br />Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80 \% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux.<br /><br />On se propose de résoudre cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi-fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: i/ On montre tout d'abord que le signal altimétrique est sensible à la rugosité de la surface à différentes échelles, puis ii/ que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières causées par la densification de la neige en surface, et enfin iii/ que les ondes radars sont réfléchies par des strates en profondeur. <br /><br />Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est réalisé simultanément aux deux fréquences, afin de permettre une comparaison de ces signaux entre eux. Les résultats du modèle sont utilisés pour expliquer les variations saisonnières précédemment observées. Finalement, les paramètres du manteau neigeux sont estimés à l'échelle de la calotte polaire antarctique. Les tailles de grains retrouvées présentent un grossissement vers l'intérieur du continent. La densité montre des variations saisonnières de plusieurs g.cm3 notamment sur les côtes antarctiques. Certaines régions présentent un état de surface de la neige particulièrement lisse (Dronning Maud Land, par exemple). <br /><br />La donnée in situ de l'état de surface de la neige étant quasi inexistante sur les calottes polaires, on développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement du béton à des niveaux de confinement axiale de l'ordre du GigaPascal. Il s'inscrit dans un cadre plus général de maîtrise du comportement du béton sous impact. Le béton étudié est un béton dont les propriétés sont proches de celles des bétons courants. Une presse triaxiale est utilisée pour caractériser le comportement triaxial du béton selon différents trajets de chargement. Ces essais montrent le caractère irréversible de la compaction des bétons et l'influence du chemin de sollicitation sur celle-ci. Les essais uniaxiaux confinés et proportionnels montrent l'existence d'états limites en contraintes et en déformations. La comparaison des seuils de déformation montre que la surface seuil ainsi définie est indépendante du chemin de sollicitation. La comparaison des résultats des premiers essais en extension indique une absence d'influence de l'angle de Lode pour les niveaux de contrainte atteints durant les essais. L'étude des faciès de rupture après essais montre une évolution de l'inclinaison des plans de rupture avec le confinement. La fissuration s'oriente perpendiculairement à la direction principale maximale de charge lorsque les niveaux de confinement augmentent. L'étude numérique réalisée permet d'évaluer la capacité du modèle PRM-couplé à reproduire les essais triaxiaux expérimentaux. Ce modèle reproduit bien la compaction isotrope du matériau ainsi que la surface seuil définie par les états limite. Son défaut majeur est de ne pas prendre en compte l'influence des contraintes déviatoires sur le comportement en compaction du béton.

Thèse doctorat : Dynamique et environnement sédimentaire : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3420. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 121-130.