Du fait de ses propriétés intéressantes, le domaine de fréquence térahertz (THz) du spectre électromagnétique peut avoir de nombreuses applications technologiques, de l'imagerie à la spectroscopie en passant par les télécommunications. Toutefois, les contraintes technologiques empêchant l'émission et la détection efficaces de ces ondes par des systèmes conventionnels ont valu à cette partie du spectre électromagnétique le nom de gap THz. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs solutions novatrices sont apparues. Parmi elles, l'utilisation de transistors à effet de champ s'est imposée comme une solution originale, bon marché, avec un fort potentiel d'intégration. Le mécanisme identifié fait intervenir l'interaction entre les ondes THz et des ondes de courant (dites ondes plasma) dans le canal du transistor. Le canal du transistor agit tel une cavité pour ces ondes plasma. Le dispositif peut alors se comporter de manière résonante ou non-résonante en fonction de divers paramètres. Dans ce manuscrit, nous étudions numériquement ces différents régimes à l'aide de modèles hydrodynamiques. Les modèles utilisés élargissent les phénomènes pris en compte dans de précédentes études théoriques. Les résultats portent sur la détection d'ondes THz par des transistors et dans une moindre mesure sur leur émission. Dans le régime non-résonant, nous étudions dans quelle mesure la plage de linéarité de détection peut être étendue. Dans le régime résonant, nous montrons l'existence de nouvelles fréquences de résonance, permettant d'élargir le spectre d'intérêt de ces détecteurs. / Due to its interesting properties, the electromagnetic THz frequency range may lead to numerous technological applications, ranging from imaging to spectroscopy or even communications. However, technological constraints prevented the efficient emission and detection of such waves with conventional electronics, leading to the idea of the terahertz gap. In the last decades, multiple novel solutions to resolve this gap have been proposed. Amongst these, one may find the use of simple field effect transistors as the most promising one. Their production benefits from currently available CMOS technology thus drastically decreasing the fabrication cost of such a device while allowing it to be easily integrated within electronic circuits. The mechanism behind the emission and detection is the interaction between THz electromagnetic radiations and current oscillations, that is plasma waves, in the transistor's channel. This channel forms a cavity for plasma oscillations, hence, the device may act either resonantly or non-resonantly, depending on various parameters. This thesis deals with the numerical simulation of the transistor in different regimes using hydrodynamical models. These models account for multiple phenomena that have been considered in previous theoretical studies. Some theoretical results on both the emission and detection of THz radiation are presented. In the non-resonant case, we study how one can increase the linear regime of detection. In the resonant case, we show the existence of unexpected resonance frequencies, enlarging the detection spectrum of such detectors.

En milieu professionnel, les acteurs d’un nouveau dispositif technologique doivent faire face à de nombreux inconnus : objet technique inédit, technologie non maitrisée, manière de faire différente, usager inconnu, etc. À partir de l’étude des représentations et des pratiques associées aux tablettes tactiles, nous avons interrogé la construction du sens des usages en situation de nouveauté technologique. Pour cela, nous avons étudié une web application d’états des lieux immobiliers développée peu de temps après le lancement des tablettes tactiles en France. Les représentations à l’œuvre agissent en réaction à l’inconnu, au non maitrisé et en constituent une première forme de gestion. Pour la tablette tactile, objet de convergence technologique et fonctionnelle, l’inconnu et le rapport à celui-ci renvoient à un paradoxe : la tablette se présente comme étant en rupture avec le paysage numérique existant tout en se positionnant sur des fonctionnalités et des pratiques préexistantes. Dès lors, entre expérience et nouveauté technologique, comment le sens des usages se construit-il en situation professionnelle ? Comment le paradoxe de la tablette tactile intervient-il dans le développement informatique ? / In occupational world, the actors of a new technological device have to deal with numerous elements which are unknowns: unpublished device, new technology, new practices, unknown users, etc. From the study of the representations and the practices which are associated with touch screen tablets, we questioned the construction of the sense of the uses in situation of technological novelty. For that purpose, we studied a web application for real estate situations which was developed a little time after the launch of touchpads in France. The representations act in reaction to the unknowns’ elements, to the not mastered and establish a first shape of management. For the tablet computer, the object of technological and functional convergence, the unknown and the relationship in this one highlight to a paradox: the touchscreen tablet appears as in break with the existing digital devices and positioning on features and pre-existent practices. From then on, between experience and technological novelty, how sense of the practices builds itself in professional situation? How does the paradox of the touchscreen tablet intervenes in a IT development ?

Ce travail de thèse concerne la modélisation numérique fine des processus locaux dans le transport sédimentaire, à l'échelle d'un à plusieurs centaines de grains. Une méthode aux éléments discrets (DEM) basée sur la méthode dite des sphères molles et prenant en compte les contacts entre les grains a été développée et couplée à une méthode de frontière immergée (IBM) qui calcule l'écoulement autour d'objets solides mobiles dans un fluide Newtonien incompressible. Dans ce couplage, une force de lubrification est incluse pour représenter les interactions entre le fluide et les particules proches d'un contact. Il est montré que la méthode numérique reproduit de manière satisfaisante le coefficient de restitution effective mesuré dans des expériences de rebonds normal et oblique d'un grain sur un plan, ainsi que de rebond entre deux grains dans un fluide visqueux. Deux modèles analytiques associés au phénomène de rebond sont proposés et montrent l'importance de la rugosité de surface du grain et du nombre de Stokes sur le phénomène. La méthode numérique est ensuite utilisée pour simuler deux configurations tridimensionnelles d'écoulements granulaires pilotés par la gravité en milieu fluide : l'avalanche de grains sur un plan incliné rugueux et l'effondrement d'une colonne de grains. Dans le premier cas, les résultats permettent de caractériser les différents régimes d'écoulement granulaires (visqueux, inertiel et sec) observés dans les expériences en fonction du rapport de masse volumique grain-fluide et du nombre de Stokes. En particulier, les simulations apportent des informations originales quant aux profils de vitesse de grains et du fluide ainsi qu'aux forces prédominantes dans chacun des régimes. Dans le second cas, les résultats sont en bon accord avec les expériences et le mécanisme dit de « pore pressure feedback », qui dépend de la compacité initiale de la colonne, est pour la première fois observé dans des simulations numériques directes. / This work deals with direct numerical simulations of sediment transport at the scale of O(103) grains. A soft-sphere discrete element method (DEM) taking into account grain contacts is developed and coupled to an immersed boundary method (IBM) which computes the flow around moving solid objects in an incompressible Newtonian fluid. A lubrication force is added for representing fluid-particles interaction near contact. The numerical method is shown to adequately reproduce the effective coefficient of restitution measured in experiments of the normal and oblique rebound of a grain on a plane and the rebound between two grains in a viscous fluid. Two analytical models are proposed and highlight the importance of the grain roughness and Stokes number on the rebound phenomenon. This numerical method is then used for simulating two three-dimensional configurations of gravity-driven dense granular flow in a fluid, namely the granular avalanche on a rough inclined plane and the collapse of a granular column. In the first case, results allow to characterize the granular flow regimes (viscous, inertial and dry) observed in experiments as a function of the grain-to-fluid density ratio and the Stokes number. In particular, the simulations provide insight on the grain and fluid velocity profiles and force balance in each regime. In the second case, results agree well with experiments and in particular the pore pressure feedback, which depends on the initial volume fraction of the column, is observed for the first time in direct numerical simulations.

L'ambition de cette thèse est de contribuer à la caractérisation de la qualité des réparations des structures composites primaires en carbone par collage structural en s'appuyant pour cela sur la technique de la Thermographie InfraRouge (TIR). Le caractère ténu de la différence de comportement entre les parties constitutives de l'assemblage réparé (parent et patch en carbone-époxyde, adhésif époxyde) et donc la difficulté de capter la réponse thermique du joint collé constituent les enjeux principaux de ce travail. A cette fin, une procédure expérimentale de Contrôle Non Destructif (CND) a tout d'abord été spécifiquement mise au point pour cette étude, permettant une modélisation numérique physiquement cohérente du problème thermique ainsi qu'une bonne concordance avec les champs de température mesurés. Le travail propose par ailleurs une piste complémentaire visant à modifier les propriétés thermiques intrinsèques du joint à l'aide d'additifs dont la signature infrarouge permet d'identifier plus nettement des défauts de collage. / This PhD work intends to contribute to the characterization of structural bonded repair quality of primary composite structures using InfraRed Thermography (IRT). Generally, in this case, the parent structure and the repair patch are both made of carbon-epoxy and are linked together by an epoxy adhesive. Such repair configuration then leads to a weak property contrast between the parts of the repaired assembly. Therefore, the non-destructive analysis of the bonding quality remains difficult and represents the very challenging issue of this study. In this way, a new specific Non Destructive Testing (NDT) procedure has been firstly developed that allows physically consistent numerical model of the thermal problem and a good correlation with experimental data. Additionally, it is proposed to use relevant additives that modify the thermal properties of the glue joint in order to improve the detection of bond defects.

La modélisation avancée du comportement réel des bustes féminins en statique ou en dynamique doit tenir compte des constituants biologiques du sein. La simulation numérique de la déformabilité de sein permettrait le développement de nouvelles techniques de confections pour la corsetterie ou de nouveaux appareillages médicaux, notamment pour le dépistage du cancer du sein. Dans cette étude, une approche expérimentale-simulation-optimisation prenant en compte les constituants (peau, graisse et glandes) responsables de la déformabilité du sein sous l’effet de la gravité est proposée. Pour cela, des modèles géométriques 3D ont été générés à partir d’images IRM afin de reconstruire les constituants internes. Des outils de maillages surfaciques et volumiques adaptatifs ont été utilisés pour les besoins des simulations éléments finis sur Comsol. Des essais expérimentaux de la déformabilité des bustes en statique et dynamique ont pu être réalisé à l’aide d’un système de scanner 3D par caméras et d’un banc spécifique d’inclinaison des bustes. Des modèles numériques des seins ont été confronté aux expérimentations et à la littérature afin d’identifier et d’optimiser par approche inverse les caractéristiques des seins / Advanced modeling of female bust behaviour in static or dynamic must consider the biological of each components of the breast. The numerical simulation of breast deformation enables the development of new techniques for confections corsetry or new medical devices, including screening for breast cancer. In this study, an experimental-simulation-optimization approach that takes into account the components (skin, fat and glands) responsible for the deformability of the breast under the gravity loading is proposed. Geometrical models were generated from MRI images for 3D reconstruction of internal components is used with using advanced adaptive mesh surface and volume for purposes of finite element simulations using Comsol Multiphysics. Experimental tests are developed using a 3D scanner cameras and a special gear for study the busts deformability in static and dynamic. Numerical hyperelastic models of Comsol Multiphysics FEA are using for breasts deformation to characterize and optimize with reverse approach the breast mechanical properties. Confrontation with experimental and literature results is proposed in order to demonstrate the efficiency of our approach

Les travaux présentés dans la thèse portent sur la conception et la réalisation d'oscillateurs à commande numérique en technologie CMOS 65nm. Les applications visées sont les systèmes de communication sans-fil WLAN 802.11a/b/g (2,5 et 5GHz) et WPAN 802.15.3c (60GHz). Afin de répondre aux spécifications fixées par ces standards, nous proposons d'utiliser la topologie d'oscillateur distribué. Cette dernière est particulièrement bien adaptée aux hautes fréquences. Deux réalisations sont présentées : une première à 10GHz permet de valider l'oscillateur distribué à commande en tension; une seconde à 53GHz introduit la commande numérique sur une topologie d'oscillateur distribué. / The work presented in the thesis concerns the design and the realization of digitally controlled oscillators in CMOS 65nm technology. The applications concerned are the wireless communication systems WLAN 802.11a/b/g (2,5 and 5GHz) and WPAN 802.15.3c (60GHz). In order to answer the specifications fixed by these standards, we propose to use the topology of distributed oscillator. The latter is particularly well adapted to the high frequencies. Two achievements are presented: a first one at 10GHz makes it possible to validate the distributed voltqge controlled oscillator; a second one at 53GHz introduces the digital control on a topology of distributed oscillator.

Le numérique s'est immiscé dans toutes les sphères, privées, publiques et professionnelles, de nos sociétés et les a façonnées. Depuis toujours, les artistes se saisissent des techniques ou technologies de leur temps afin d'en témoigner. A chaque innovation détournée correspondent ainsi des œuvres mais il faut du temps au monde de l'art pour intégrer de nouvelles pratiques comme de nouveaux médias. Impatients, les plus fervents défenseurs de l'art numérique se sont structurés en communautés à l'international en organisant des événements dédiés. Leurs pratiques arrivent aujourd'hui à maturité et le public est culturellement prêt à accueillir leurs créations comme il le fait déjà au sein de festivals. On remarque, dans un même temps, les premiers signes d'une acceptation du digital dans l'art au travers des institutions comme sur le marché dont on sait la position dominante. L'objet de cette recherche est d'étudier les œuvres des pratiques actuelles sans se focaliser sur leur part de numérique. De les analyser dans le contexte de leur monstration en les assemblant pour qu'ensemble elles dialoguent. Afin de démonter que le numérique n'est autre qu'un médium de l'art contemporain dont il convient toutefois de considérer les spécificités. / Digital technologies have insinuated themselves into ail spheres, public, private and professional of our societies and have also shaped them. Historically, artists have always made use of the techniques and technologies of their time to show them off. For each innovation that has been appropriated, there are corresponding works, but it takes time for the art world to incorporate new practices such as new media. The most fervent defenders of digital art are impatient and so have structured communities by organizing dedicated international events. Their practices are now reaching maturity and the public is culturally ready to receive their creations, as they already do in festivals. We note, at the same lime, the first signs of acceptance of digital technology in art through institutions such as the art market, whose dominant position is known. The purpose of my research is to study the works of current practices without focusing on the part of them that is digital ; to analyse them in the context of their exhibition by assembling them together so they may create a dialogue. My goal is to demonstrate that digital technologies are simply a medium of contemporary art, whose particularities should nevertheless be considered.

La sécurité routière est aujourd’hui un des objectifs principaux des constructeurs automobiles. Pour garantir un haut niveau de sécurité aux conducteurs et passagers mais aussi aux autres usages de la route, comme les piétons et les deux roues, les véhicules sont testés sous tous les angles avant leur commercialisation. Qu’ils soient virtuels ou réels, les essais jalonnent la conception et le développement d’une voiture. Aujourd’hui, la simulation numérique joue un rôle primordial dans le développement des nouveaux dispositifs et équipements. Pour que les modèles numériques offrent toujours plus de prédictivité, le domaine de la simulation numérique est en constante évolution. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de la simulation des crash de véhicules. Le sujet de l’étude présentée dans ce document est composé de deux problématiques. La première consiste en la prise en compte des non-linéarités matérielles de type rupture dans le processus de dimensionnement au choc. Dans le domaine du crash, deux types de pièces sont distingués. Celles qui doivent casser en choc comme les suspensions moteur et celles dont rupture est interdite comme le carter moteur ou bien le carter d’embrayage. La rupture est un phénomène délicat à modéliser et également coûteux en temps de calcul. Par conséquent, les premiers modèles pour la simulation de la rupture ont été seulement fonctionnels (désactivation des ressorts de rupture). Avec l’arrivée de méthodes numériques telles que la méthode de suppression d’éléments, de nombreux modèles de rupture ont été développés. Comme ces modèles sont relativement récents, les bases de données matériaux sont souvent incomplètes ce qui rend difficile leur utilisation. Un des objectifs de la thèse est donc l’identification des paramètres matériaux pour le modèle de Mohr-Coulomb et le modèle de Johnson-Cook à l’aide d’essais sur éprouvettes. Une campagne d’essais sur un sous-système automobile a été également effectuée. La corrélation numérique des essais a permis de valider la modélisation« volumique » de la rupture et d’identifier des voies de progrès de la méthodologie actuelle. Le deuxième sujet présenté dans ce document est la modélisation du comportement élastique linéaire des composants qui ne doivent pas casser en choc et la prise en compte des non-linéarités géométriques de type grandes rotations et de contact. Une modélisation par des super-éléments élastiques linéaires adaptés pour les calculs explicites avec grandes rotations a été proposée pour les pièces massives de fonderie. La modélisation par super-élément est réalisée dans Radioss via un fichier.fxb. Une nouvelle méthode de réduction dérivée à partir de la méthode de MacNeal a été proposée. La base de transformation de celle-ci est constituée par des modes libres complétés par des modes de souplesse résiduelle (MLSR). Le modèle réduit à l’aide de la méthode MLSR est généré avec des routines Matlab développées dans le cadre de la thèse. Afin d’intégrer la modélisation par super-élément dans le processus de dimensionnement au choc PSA, une filière de calcul Abaqus–Matlab–Radioss a été proposée. Un processus de génération du fichier.fxb à l’aide des outils CFAO utilisés chez PSA a été établi. Afin d’optimiser la performance des calculs avec super-élément, trois nouvelles modélisations pour la gestion de contact avec super-élément ont été proposées. Une application de la modélisation par super-élément a été faite pour un modèle de test et également pour un modèle de choc de véhicule. / Nowadays, road safety is one of the main aims of car makers. To guarantee a high level of security to car drivers and passengers and also to other road users, such as for example pedestrians and two wheelers, the cars are submitted to a lot of tests before their commercialisation. Whether they are virtual or real, the experiments set out the conception and the development of a car. Nowadays, the numerical simulation plays a prime role in the development of new systems and equipments. In order to offer more and more predictivity by numerical models, the domain of the numerical simulation is inconstant evolution. The aim of this thesis is to contribute to the improvement of a car crash simulation. The subject of the study presented in this document is composed by two themes. The first one consists in inclusion of the material nonlinearities as fracture in the car crash dimensioning process. In car crash, two types of components are distinguished. Those which have to brake during the shock such as engine suspensions and those which have not to brake such as crankcase or clutch housing. The fracture is a phenomenon difficult to model, moreover, its computational time is important. Thus, the first fracture models were only functional (deactivation of fracture springs). With the arrival of numerical methods such as element deletion method, a lot of fracture models were developed. Because these models are relatively recent, the material databases are often incomplete which makes their use more difficult. Thus, one of the aims of this study is the material parameters identification of Mohr-Coulomb and Johnson-Cook fracture model with the aid of experiments on specimens. Another experiment campaign on an automotive subsystem was also realized. The numerical correlation using the material fracture parameters identified in the first step enabled to validate the "volumic"fracture modelisation and to identify the ways of progress of the current methodology. The second theme presented in this document is the modeling of linear elastic behavior of components which have not to brake in car crash and inclusion of geometrical nonlinearities as large rotations and contact. A modeling by linear elastic super elements adapted for explicit simulations with large rotations was proposed for massive cast iron components. The modeling by super elements was realized in Radioss by means of the file.fxb. A new reduction method derived from that of MacNeal was proposed. Its transformation basis is constituted by a free eigen-modes completed by residual flexibility modes. The model is reduced by means of Matlab routines which were developed in the framework of the thesis. In order to integrate the modeling by superelements in the dimensioning car crash process used at PSA, a procedure Abaqus–Matlab–Radioss was proposed. A process for the generation of the file.fxb by means of the CAD/CAMtools used at PSA was established. In order to optimize the simulation performance with superelements, three new models for contact management with a superelement were proposed. The modeling by superelement was applied in a test model and also in a frontal car crash simulation.

Cette thèse est consacrée à la simulation des écoulements de paroi turbulents. L’approche numérique utilisée consiste à calculer directement les champs aérodynamiques et acoustiques de l’écoulement par simulation des grandes échelles (LES), à l’aide de schémas numériques peu dissipatifs et peu dispersifs. Cette approche repose généralement sur une intégration temporelle explicite qui se révèle fortement pénalisante dans le cas des écoulements de paroi, où le raffinement du maillage entraîne une forte diminution du pas de temps. Pour répondre à cette problématique, deux méthodes d’intégration temporelle semi-implicites d’ordre 4 à 6 étapes sont développées. Ces méthodes consistent à intégrer de manière implicite les termes contenant des dérivées spatiales normales à la paroi, et de manière explicite les autres termes, ce qui permet de relâcher la contrainte sur le pas de temps. Une analyse dans l’espace de Fourier et des cas test de propagation acoustique montrent que les méthodes développées ont une précision au moins égale à celle du schéma de Runge-Kutta standard d’ordre 4. Une technique de partitionnement semi-implicite/explicite du maillage est ensuite mise en œuvre afin de réduire le coût numérique. A l’aide de cette technique, les schémas semi-implicites permettent de réduire le temps CPU des simulations par rapport à des calculs s’appuyant uniquement sur un schéma explicite. Des LES de canal plan turbulent sont ensuite mises en œuvre pour un nombre de Mach de 0.5 et des nombres de Reynolds de friction de 350, 600 et 960, et pour un nombre de Mach de 0.1 et un nombre de Reynolds de 350. Les caractéristiques aérodynamiques de l’écoulement sont comparées avec succès à des simulations numériques directes de la littérature. Les résultats des simulations permettent ensuite d’analyser les effets du nombre de Reynolds sur les profils de vitesse moyenne et fluctuante, sur les spectres de pression pariétale, et sur les structures de la zone interne de la couche limite. Les dimensions de ces structures, estimées à l’aide des spectres de vitesse longitudinale, se révèlent peu dépendantes du nombre de Reynolds. Enfin, pour le calcul à nombre de Mach de 0.1, des composantes acoustiques sont détectées dans le spectre de pression pariétale. Ces composantes représentent l’empreinte du rayonnement acoustique de la couche limite, calculé directement par la simulation. / No abstract

Cette thèse s’intéresse à la turbulence incompressible homogène et anisotrope, et plus particulièrement à l’effet d’une rotation solide et d’un champ magnétique uniforme et stationnaire. En plus des simulations numériques directes (DNS), nous présentons également un modèle synthétique de turbulence (Kinematic Simulation ou KS) construit à partir d’une superposition de modes de Fourier, et au sein duquel la dynamique linéaire (basée sur la Rapid Distorsion Theory) peut être incluse. Dans un premier temps, l’effet de la rotation solide est étudié avec un effort particulier porté sur les corrélations en deux-temps. Une comparaison entre DNS et KS est proposée dans le cas isotrope comme dans le cas en rotation. Dans le contexte aéroacoustique, on montre dans quelle mesure la rotation modifie l’émission acoustique d’une turbulence homogène. L’effet d’un champ magnétique est ensuite considéré et l’anisotropie de l’écoulement est étudiée en fonction du nombre de Reynolds magnétique. Il est montré dans quelle mesure la turbulence magnétohydrodynamique quasi-statique est similaire à la turbulence “deux-dimensions trois-composantes” du fait de la dissipation Joule anisotrope et comment l’écoulement restaure son isotropie lorsque le nombre de Reynolds magnétique croît. Enfin, l’effet couplé d’une rotation et d’un champ magnétique est considéré. Les propriétés énergétiques ainsi que l’anisotropie sont étudiés et une étude paramétrique en fonction du nombre d’Elsasser est proposée. / This thesis focuses on incompressible homogeneous anisotropic turbulence, with a particuliar interest on the effect of a solid-body rotation and a uniform steady magnetic field. In addition to Direct Numerical Simulations (DNS), we also propose a stochastic model of anisotropic turbulence (Kinematic Simulation or KS) based on a superposition of Fourier modes, in which linear dynamics (based on Rapid Distorsion Theory) is included. First, the effect of a solid body rotation is studied and we focus on two-time velocity correlations. Comparisons between KS and DNS are presented in the isotropic and rotating cases. We then apply these results to aeroacoutics and show how the rotation modifies the acoustic emission of homogeneous turbulence. Secondly, we focus on the effect of an imposed magnetic field and we describe the anisotropy of the flow in function of the magnetic Reynolds number. The quasi-static magnetohydrodynamic turbulence is very similar to the so-called 2D-3C turbulence due to anisotropic Joule dissipation and we show how the isotropy is restored as the magnetic Reynolds numbers increases. Finally, we consider the coupled effect of rotation and magnetic field. Energetic properties and anisotropy are studied and a dependance of the results on the Elsasser number is also proposed.