La vitesse des ondes de cisaillement est généralement mesurée en laboratoire en utilisant des éléments piézoélectriques comme les bender elements (BE). Cependant, ces techniques présentent certains problèmes au niveau de l’émission à la fois des ondes primaires et de cisaillement, les effets de champ proche, les effets de bords, et l’incertitude au niveau de l’interprétation du signal. Une nouvelle technique, baptisée technique des anneaux piézoélectriques (P-RAT) a été développée dans le laboratoire géotechnique de l'Université de Sherbrooke afin de minimiser / éliminer les difficultés associées aux autres techniques, en particulier, la pénétration des échantillons, obligatoire pour la technique BE. Cette étude présente une description de la technique P-RAT ainsi que les résultats des simulations numériques réalisées avec le code informatique COMSOL afin d'étudier l'interaction entre les composantes du P-RAT et l'échantillon testé (sol ou solide). L’étude démontre l’efficacité du concept de la méthode P-RAT et présente des modifications pour améliorer la fiabilité et la performance de la méthode P-RAT afin d’étendre son applicabilité dans le domaine du génie civil. L’implémentation de la dernière génération de P-RAT dans une cellule triaxiale et une autre œdométrique était l’aboutissement de cette étude.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif de cette thèse est de comprendre la dynamique des grandes populations de neurones interconnectées. La méthode utilisée pour atteindre cet objectif est un mélange de modèles mésoscopiques et calculs de haute performance. Le premier permet de réduire la complexité du réseau neuronale et le second de réaliser des simulations à grandes échelles. Dans la première partie de cette thèse une nouvelle approche du champ moyen est utilisée pour étudier numériquement les effets du bruit sur un groupe extrêmement grand de neurones. La même approche a été utilisée pour créer un modèle d' hypercolonne du premier cortex visuel d'où l'unité basique, est des grandes populations de neurones au lieu d'une seule cellule. Les simulations sont réalisées en résolvant un système d'équation différentielle partielle qui décrit l'évolution de la fonction de densité de probabilité du réseau. Dans la deuxième partie de cette thèse est présentée une étude numérique de deux modèles de champs neuronaux du premier cortex visuel. Le principal objectif est de déterminer comment les contours sont sélectionnés dans le cortex visuel. La différence entre les deux modèles est la manière de représenter des préférences d'orientations des neurones. Pour l'un des modèles, l'orientation est une caractéristique de l'équation et la connectivité dépend d'elle. Dans l'autre, il existe une carte d'orientation qui définit une fonction d'entrée. Toutes les simulations sont réalisées sur un cluster de processeurs graphiques. Cette thèse propose des techniques pour simuler rapidement les modèles proposés sur ce type de machine. La vitesse atteinte est équivalente à un cluster standard très grand. / The aim of this thesis is to understand the dynamics of large interconnected populations of neurons. The method we use to reach this objective is a mixture of mesoscopic modeling and high performance computing. The rst allows us to reduce the complexity of the network and the second to perform large scale simulations. In the rst part of this thesis a new mean eld approach for conductance based neurons is used to study numerically the eects of noise on extremely large ensembles of neurons. Also, the same approach is used to create a model of one hypercolumn from the primary visual cortex where the basic computational units are large populations of neurons instead of simple cells. All of these simulations are done by solving a set of partial dierential equations that describe the evolution of the probability density function of the network. In the second part of this thesis a numerical study of two neural eld models of the primary visual cortex is presented. The main focus in both cases is to determine how edge selection and continuation can be computed in the primary visual cortex. The dierence between the two models is in how they represent the orientation preference of neurons, in one this is a feature of the equations and the connectivity depends on it, while in the other there is an underlying map which denes an input function. All the simulations are performed on a Graphic Processing Unit cluster. Thethesis proposes a set of techniques to simulate the models fast enough on this kind of hardware. The speedup obtained is equivalent to that of a huge standard cluster.

La rupture des pentes et l’éclatement des roches, qui représentent deux types de risques naturels fréquents dans le monde, peuvent engendrer des conséquences économiques importantes et des pertes en vie humaine. Malgré que les phénomènes soient étudiés depuis de longues années, il reste encore des questions ouvertes et sans réponse et il est donc encore nécessaire poursuivre les recherches sur cette thématique. Le présent travail de thèse est consacré la modélisation numérique de la stabilité des grandes pentes et de l’éclatement des massifs rocheux en utilisant des méthodes basées sur l’intelligence artificielle en proposant des modifications et des améliorations de telles méthodes. En se basant sur des observations de déplacements de terrain, le glissement de terrain, qui est phénomène commun de la rupture de pentes, est étudié par le processus de Gauss afin de prédire son apparition temporelle. Ensuite, la question d’évaluation de la stabilité des pentes est abordée en utilisant la stratégie de machine à vecteurs de pertinence (RVM) avec des hyper-paramètres adaptatifs. Une approche itérative est proposée afin de déterminer les valeurs optimales des hyper-paramètres. Afin d’améliorer la prédiction, l’évaluation complète de la stabilité des pentes est réalisée en proposant un modèle basé sur la théorie de flou (CM) associé à un processus analytique d’hiérarchisation pondérée (WAHP). Ce modèle est utilisé à l’évaluation de la stabilité de la pente de rive gauche de la centrale hydroélectrique de Jinping 1, dans la région Sud-Ouest de Chine. Enfin, dans la dernière partie, la problématique de l’éclatement des massifs rocheux est abordée en utilisant des modèles basés sur la théorie du flou, en se basant sur une synthèse de 164 cas réels. Des comparaisons entre les résultats numériques et des données de terrain sont présentées pour de différents cas étudiés dans cette thèse. / Slope failures and rock burst, which are two typical types of geological hazards, create tremendous economic damages and cause massive losses to the health of domestic humans or animals every year throughout the world. The severe situation implies that they are still in need to be further studied despite the fact that they have been discussed for a long time. The present work is devoted to presenting the analysis of slope failures and rock burst using some computational intelligent models with modifications and improvements. Then landslide, a common type of slope failure, is analyzed for time occurrence prediction using the Gaussian Process by means of field-observed displacement series. After that, the problem of slope stability evaluation is discussed using the strategy of relevance vector machine (RVM) with adaptive hyper-parameter. An iteration approach is presented to find optimal hyper-parameter values in this chapter. Afterwards, the comprehensive evaluation of slope stability is carried out with the cloud model (CM) and weighted analytical hierarchy process (WAHP) closely related to the left abutment slope of Jinping 1 Hydropower Station, southwest of China. Finally, prediction of rock burst classification is engaged using the cloud models synthesized with the attribution weights on the basis of 164 rock burst cases. In each modeling of the associated problems, comparisons are given on the performance of each strategy as well as some evaluations.

Dans cette thèse, des simulations numériques directes (DNS) de fluides non Newtoniens (basées sur le modèle rhéologique FENE-P) ont été réalisées et comparées avec des DNS de fluides Newtoniens à même viscosité. Les comparaisons sont effectuées sur les statistiques dans l’espace physique et également dans l’espace spectral. Le résultat le plus remarquable est l’émergence d’une nouvelle loi de puissance avec l’exposant -6 pour l’évolution du spectre d’énergie cinétique, dans la zone dissipative. Nous constatons que dans cette région, il y a une injection d’énergie qui provient des polymères et est transférée au fluide porteur, qui est généralement négligée ou inobservable dans les autres travaux de la littérature. Cette injection d’énergie est responsable de cette nouvelle loi de puissance. Nous avons établi un bilan d’énergie échelle par échelle et une estimation approximative des quantités d’énergie échangée qui confirme ce mécanisme. / No abstract

Pas de résumé / Axisymmetric turbulence is investigated using direct numerical simulations. A fully spectral method is implemented using Chandrasekhar-Kendall eigenfunctions of the curl-operator. The numerical domain is a periodic cylinder with no-penetration and partial slip conditions at the wall. Numerical simulations are first carried out for freely decaying axisymmetric turbulence, starting from a variety of initial conditions. The simulations indicate that the global angular momentum is the most robust invariant of the system. It is further observed that large-scale coherent structures emerge, as in 2D isotropic turbulence. Energy decays more slowly than helicity, and the toroidal kinetic energy decays faster than its poloidal part. In the case where the toroidal kinetic energy becomes negligible, a quasi-two dimensional turbulence in the poloidal plane is obtained, with a behavior compatible with predictions of statistical mechanics theories. Forced and decaying simulations are then carried out to assess the cascade-behavior of the different invariants. The existence of an inverse cascade is shown to explain the robustness of the angular momentum and the possible ‘spontaneous generation’ of this quantity and of circulation in the flow. In helical flows, the existence of a dual cascade is confirmed, with a scenario compatible with the existence of an inverse energy cascade towards the large scales, and a direct cascade of helicity towards the small scales. The inverse energy cascade seems to be mainly associated with the poloidal velocity field. Using a helical decomposition of the flow, it is shown that the direct cascade of helicity seems to subsist even in the absence of net helicity, when the ‘cascade’ of the helicity contained in oppositely polarized modes is considered individually. The scaling of the energy spectra associated with the energy cascade is compatible with elementary dimensional arguments, whereas the scaling of the inverse (presumably helicity) cascade yields an anomalously steep slope. It is shown that this slope adjusts to the value predicted by dimensional analysis when the spectra are computed from a filtered velocity field in which strong intermittent regions of velocity are not accounted for. Finally, a preliminary (but unfortunately unfruitful) attempt is presented to apply a variational principle to the description of turbulent scalar mixing in three-dimensional turbulence.

Afin de lutter contre les allergies alimentaires, la société pharmaceutique DBV Technologies propose un patch épicutané permettant un traitement efficace, la plateforme Viaskin ®.Pour envisager de nouveaux moyens de production de ce patch, nous avons étudié dans cette thèse le procédé d'aérospray (AS).Pour cela, nous avons développé des modèles numériques des différentes parties spatiales de l'AS.Dans un premier temps, nous étudions le cône de liquide formé à la sortie de buse d'AS. L'approche diphasique est traitée à l'aide de la méthode de champ de phase (dite à interface diffuse), dans laquelle l'équation de Cahn-Hilliard gouverne la fonctionnelle d'interface.Deux régimes principaux sont identifiés : le régime Stationnaire Dynamique, où le cône de liquide est stable, et le régime Transitoire, où sa dynamique est périodique.Dans ce second régime, les résultats du modèle ont montré une évolution discontinue de la période d'oscillation du cône en fonction du débit liquide. Nous avons corrélé ce phénomène avec des oscillations capillaires du cône, et comparé avec succès les résultats des simulations numériques aux résultats expérimentaux.Dans un second temps, la fragmentation du jet de liquide produit par le cône est étudiée numériquement, et comparée aux résultats d'analyses de stabilité linéaire produites dans la littérature. Le modèle proposé est une méthode utilisant un maillage mobile, à interface nette.Nous avons montré que la taille des gouttelettes produites variait peu en fonction de la pression de gaz appliquée.L'ensemble des travaux permet de comprendre les phénomènes physiques sous-jacents à l'AS, et à sélectionner dans une optique industrielle les modes optimaux de fonctionnement. / In order to fight against food allergies, the pharmaceutical company DBV Technologies offers an epicutaneous patch for effective treatment, the Viaskin ® platform.To consider new ways of producing this patch, we studied in this thesis the aerospray (AS) process.For this, we have developed numerical models of the different spatial parts of the AS.First, we study the cone of liquid formed at the nozzle exit of AS. The two-phase approach is processed using the so-called diffuse interface phase field method, in which the Cahn-Hilliard equation governs the interface functional.Two main regimes are identified: the Stationary Dynamic flow regime, where the liquid cone is stable, and the Transient regime, where its motion is periodic.In this second regime, the results of the model showed a discontinuous evolution of the oscillation period of the cone as a function of the liquid flow. We have correlated this phenomenon with capillary oscillations of the cone, and successfully compared the results of the numerical simulations to the experimental results.In a second time, the fragmentation of the liquid jet produced by the cone is studied numerically, and compared to the results of linear stability analyzes produced in the literature. The proposed model is a method using a mobile mesh, with a net interface.We have shown that the size of droplets produced varies little according to the applied gas pressure.All of this work improves the understanding of the physical phenomena underlying the AS, and to select from an industrial point of view the optimal modes of operation.

Les phénomènes d’instabilité générés par les séismes dans les pentes représentent un risque naturel majeur à l’échelle mondiale. Ce risque a, de plus, tendance à croître du fait d’une urbanisation croissante dans des zones à fort aléa, comme en témoignent de nombreux évènements catastrophique à travers le passé. Pour garantir la sécurité des personnes et des biens face à ce type d’aléa, il faut améliorer les prédictions des déplacements générés par les séismes dans les pentes.Les premiers travaux scientifiques visant à corréler les caractéristiques des instabilités dans les pentes aux paramètres sismiques sont de nature empirique et remontent aux années 1980. Ces méthodes ne permettent pas d’expliquer tous les mouvements de terrain observés à travers le monde, notamment lorsque les effets de site modifient sensiblement la distribution des mouvements dans les pentes et génèrent des déplacements plus grands ou plus petits que ceux prédits par les lois empiriques qui négligent les effets de site.La première partie de cette thèse présente une nouvelle base de données mondiale de 277 glissements de terrain d’origine sismique ou non. L’analyse statistique conduite sur les données de cette base a montré que la forme géométrique moyenne des glissements de terrain reste stable lorsque le volume des instabilités augmente.La deuxième partie de la thèse est dédiée à l’analyse de la stabilité du glissement de terrain de Diezma (Espagne) au moyen de trois méthodes : la Méthode de NEWMARK (1965) basée sur le principe de l’équilibre limite en 2D qui suppose des conditions elasto-parfaitement-plastiques ; l’analyse par différences finies dans le domaine temporel avec le code FLAC en 2D et en 3D qui suppose des conditions visco-elasto-parfaitement-plastiques ; et l’analyse par recombinaison modale dans le domaine fréquentiel avec le code CESAR-LCPC en 2D et en 3D qui suppose des conditions visco-élastiques.Situé dans une région sismiquement active, le glissement de terrain de Diezma est susceptible d’être affecté par des séismes. Une analyse des déplacements induits dans ce versant par onze signaux sismiques différents a été menée dans l’objectif d’établir des corrélations entre les paramètres macro-sismiques des scenarios sismiques appliqués et les déformations calculées par les trois méthodes.Les résultats montrent des différences marquées à la fois qualitatives et quantitatives. Les conclusions principales sont : (a) Les déplacements obtenus par les trois méthodes ont des ordres de grandeur différents et peuvent donc conduire à une surestimation ou à une sous-estimation des déplacements ; (b) Les deux méthodes numériques montrent que les déplacements sont fortement conditionnés par la géométrie des modèles ; seule la méthode par différences finies fait apparaître une réponse en termes de déplacements qui dépend du scénario sismique considéré; (c) Les résultats des simulations2D et 3D ne sont pas comparables ; des analyses complémentaires doivent encore être menées pour guider l’utilisateur dans le choix de la méthode la plus appropriée; (d) La Méthode de NEWMARK (1965), dont l’utilisation reste très répandue de nos jours, est tout à fait appropriée à l’étude de cas simples mais elle peut se révéler inexacte lorsque la structure géologique / topographique du versant conduit à un fort effet de site car ce dernier n’est pas pris en compte par cette méthode / Seismically induced slope deformation is a worldwide common phenomenon that poses an increasing and considerable threat to fast expanding urbanization, and a great number of catastrophic events throughout the past attest thereof. For this reason, displacement predictions allowing for proper slope surveillance became a major concern.Early attempts to relate slope failures to seismic parameters are of empirical nature and date back to the 1980s. Although having proven stable, these relations are frequently disturbed by site effects causing outliers in terms of smaller or greater displacements than expected.The first part of this thesis presents a newly build chronological database of 277 globally distributed seismically and non-seismically induced landslides. A comprehensive statistical analysis was conducted on the data of this database with the main result that – statistically seen – the average geometrical shapes of landslides differ only proportionally.The second part of the thesis is dedicated to a comparative slope stability analysis of the Diezma Landslide (Spain) by means of three methods: the limit-equilibrium based NEWMARK-Method (1965) in 2D under elasto-perfectly-plastic conditions; finite-difference analysis in the time domain with the code FLAC in 2D and 3D under visco-elasto-perfectly-plastic conditions; and modal recombination analysis in the frequency domain with the finite-element code CESAR-LCPC in 2D and 3D under visco-elastic conditions.Located in a seismically active region, the Diezma Landslide is likely to be affected by earthquakes and was therefore considered as a suitable model case. A broad analysis of expected displacements was conducted using eleven strong-motion seismic scenarios. Moreover, the thesis searches for potential relations between macro-seismic parameters of the applied earthquake scenarios and the predicted deformations obtained from the three methods.It appeared that – due to the functionality of the methods – results differ quantitatively as well as qualitatively, and so does their suitability. Major findings are: (a) Results from the three methods are of different orders of magnitude and, thus, can easily lead to over- or under-estimations of displacements; (b) Both numerical methods reveal a strong influence of the model-geometry on the predicted displacements, whereas a scenario-dependent slope behavior manifested itself only within the finite difference analysis; (c) The switch from 2D to 3D does not necessarily result in a similar performance in each dimension and results must be critically judged before further use; (d) The NEWMARK-Method (1965) has proven itself once more to be appropriate for first slope assessments but not for sophisticated evaluations of ground response to seismic shaking