L'objectif de ces travaux est le développement d'une méthode d'imagerie de sources optoacoustiques en milieu solide. Afin d'analyser l'influence de la géométrie de la source sur les ondes acoustiques qu'elle génère et ainsi prévoir qualitativement si l'image de la source peut être obtenue avec une précision suffisante, la directivité d'une source acoustique est d'abord considérée. Pour quantifier plus précisément cette influence, la résolution complète de la propagation des ondes générées par cette source est ensuite menée. L'analyse de l'influence de l'incidence oblique d'un faisceau laser lors de la génération photoacoustique est proposée en illustration. La seconde partie de ce manuscrit est consacrée à la résolution du problème inverse qui permet d'obtenir l'image de la source initiale. Un algorithme de rétropropagation est alors mis en place. Il est basé sur les principes du retournement temporel et de Huygens, et simule la propagation, en milieu solide, des ondes mesurées vers la position initiale de la source acoustique.

Ces travaux concernent l'évaluation perceptive de la reproduction sonore. Le but de notre étude est de proposer un protocole permettant la caractérisation perceptive des non-linéarités et des phénomènes de distorsion modifiant le signal reproduit par un système tel qu'une enceinte acoustique. L'élaboration d'un tel protocole nécessite de rassembler de nombreuses enceintes et d'utiliser une méthode d'évaluation adaptée. Nous ne cherchons pas à évaluer la distorsion en terme de qualité globale mais plutôt à estimer les dissemblances perçues entre différentes enceintes distordues afin de révéler, grâce à une analyse multidimensionnelle MDS, les critères sur lesquelles les auditeurs se basent pour les différencier. Dans un premier temps, nous avons utilisé des signaux de synthèse afin de générer des échantillons dont la distorsion est contrôlable. Nous avons ainsi créé un corpus composé de nombreux échantillons distordus simulant ou se rapprochant du fonctionnement d'une enceinte acoustique avec différents types de non-linéarités. Ensuite nous proposons une méthode adaptée à l'évaluation de la dissemblance sur des corpus étendus que nous avons validée à partir de simulations et de tests d'écoute. Enfin, nous avons appliqué cette méthode d'évaluation sur le corpus d'enceintes que nous avons élaboré afin de tester l'utilisation du protocole proposé et de donner quelques résultats préliminaires concernant les dimensions perceptives liées à la distorsion non linéaire.

Les zones de jonction sont incontournables sur un aéronef, par exemple au raccord entre une aile et un fuselage. Malgré cela, les phénomènes aérodynamiques se produisant à l'intersection entre deux surfaces sont mal connus et difficiles à prévoir tant expérimentalement que numériquement. Par conséquent, l'étude proposée dans le présent mémoire a consisté à identifier et analyser l'origine et les propriétés physiques des phénomènes mis en jeu au sein d'écoulements de jonction afin d'étudier les conditions d'apparition des décollements de coin. La démarche a été initiée par l'analyse de la littérature qui a permis de déterminer un domaine de conditions supposées favorables aux décollements de coin. Des configurations spécifiques ont ainsi été mises en place afin de tester ces conditions de manière expérimentale et numérique. L' analyse d'une première configuration a mis en évidence la dynamique d'ensemble du tourbillon en fer à cheval. Les pulsations bimodales du tourbillon dont fait état la littérature et ses oscillations transverses ont été caractérisées au moyen d'une simulation aux grandes échelles. Le fort niveau d'anisotropie de la turbulence relevé dans la région de coin est supposé responsable du mauvais comportement des modèles statistiques standards. Enfin, l'étude des sensibilités de cette configuration a fait apparaître une tendance au décollement de coin dans les cas à forts chargement aérodynamique. Ce travail souligne la nécessité d'approfondir les connaissances sur le décollement de coin afin d'en permettre une prévision fiable. Cela repose sur la création de bases de données expérimentales dédiées aux écoulements de jonction qui sont encore peu nombreuses.

Ces travaux de recherche s'intéressent de manière générale à la quantification des incertitudes et à la réduction de modèle pour la modélisation numérique des systèmes dynamiques. Dans une première partie, on s'intéresse à la quantification des incertitudes pour les systèmes multicorps. Pour ce type de système, les incertitudes concernent les paramètres du modèle. Ces incertitudes sont liées soit à une variabilité naturelle, soit à un manque de connaissance sur ces paramètres. On s'intéresse en particulier à la modélisation des incertitudes relatives à la distribution de masse des solides rigides. Afin d'être compatible avec le formalisme de la dynamique des systèmes multicorps, cette modélisation est construite directement au niveau des propriétés globales d'inertie des solides rigides. Dans la partie suivante, on s'intéresse à la modélisation et à l'identification en inverse des incertitudes dans les structures déformables pour lesquelles, en plus des incertitudes sur les paramètres, il existe des incertitudes de modèle induites par les erreurs de modélisation (discrétisation, choix de la loi de comportement, ...). Pour prendre en compte ces deux types d'incertitudes, une approche probabiliste mixte paramétrique/non paramétrique est utilisée. L'accent sera mis sur l'identification des hyper-paramètres du modèle stochastique en utilisant des mesures expérimentales. Le troisième partie de ces travaux présente une nouvelle méthodologie d'analyse dynamique des structures à forte densité modale. Celle-ci est basée sur une séparation global/local de l'espace des déplacements admissibles via la résolution de deux problèmes aux valeurs propres séparés, permettant ainsi de construire un modèle réduit des déplacements globaux de petite dimension puis, si cela est nécessaire, de prendre en compte les contributions locales par une approche probabiliste. Enfin, la quatrième partie de ces travaux concerne cette fois-ci l'aléa du chargement appliqué. On s'intéresse en particulier à la génération d'accélérogrammes pour la construction de chargements sismiques. On présente une nouvelle méthodologie de construction et de génération d'accélérogrammes, en grande dimension stochastique, permettant de prendre en compte des propriétés physiques et des spécifications issues de l'ingénierie sismique directement au niveau de la loi de probabilité du processus stochastique modélisant l'accélérogramme.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la problématique générale du projet ECODEFI - ECOconception et Développement de méthodologies de Fabrication Innovante de machines d'épandage financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du PRogramme ECOtechnologies et Développement Durable (PRECODD). Le projet ECODEFI porte sur l'écoconception et l'éco-innovation appliquées aux technologies de l'épandage, pour répondre à deux enjeux majeurs : (i) le recyclage des effluents organiques issus de l'industrie et de l'épuration des eaux et (ii) réduire à la source les risques de pollution des agro-écosystèmes. Face au besoin de prise en compte de l'environnement dans le développement des machines d'épandage, nous avons proposé une démarche d'éco-innovation qui permet d'aboutir à des véritables percées technologiques. Cette approche présente une synergie entre l'Analyse du Cycle de Vie (ACV), la matrice de non-qualité, la Théorie de Résolution des Problèmes Inventifs (TRIZ), l'analyse morphologique et le Processus d'Analyse Hiérarchique (Analytical Hierarchy Process - AHP). Dans l'enchaînement de ces outils, l'ACV évalue les impacts environnementaux générés par le système. Puis, pour une meilleure prise en considération des aspects écologiques, nous avons développé un nouvel outil, la matrice de non-qualité, qui définit, à partir des résultats de l'ACV, le problème à résoudre en priorité du point de vue environnemental. La méthode TRIZ permet la génération de nouveaux concepts et la résolution des contradictions. Ensuite, l'analyse morphologique offre la possibilité d'étendre l'espace de recherche des solutions d'un problème de conception de manière systématique. Enfin l'AHP identifie la ou les solution(s) prometteuse(s) en fournissant une logique claire pour les choix réalisés. Dans notre étude, nous nous sommes principalement intéressés aux problèmes rencontrés sur la machine PROLOG lors de la phase d'épandage des produits compostés. En effet, l'épandage du compost se développe fortement et l'entreprise SIRTEC souhaite pouvoir réaliser cette tâche avec leurs machines conçues initialement pour des matériaux granulaires. L'approche a été appliquée pour résoudre le problème d'extraction de ces produits suite à la formation de voûtes à l'intérieur de la trémie de l'épandeur.

L'émission d'ultrasons focalisés à forte puissance peut être utilisée pour réaliser l'ablation non-invasive de zones pathogènes, de type cancéreuses par exemple. On distingue deux régimes d'ablations : ablation thermique appelée HIFU (" High Intensity Focused Ultrasound ") et ablation mécanique appelée histotripsie utilisant des ondes de chocs focalisées. Au cours de ma thèse, nous avons développé des méthodes de suivi ultrasonore en temps réel à partir d'une technique d'élastographie quantitative (Supersonic Shear wave Imaging). Nous montrerons que des mesures précises des changements d'élasticité au cours des traitements fournissent un suivi et un guidage avec une robustesse aux mouvements du patient. En effet, l'élastographie nous a permis d'une part de cartographier la température et d'autre part de suivre la formation de lésion en temps réel qu'elle soit de type thermique (HIFU) ou mécanique (histotripsie). Nous aborderons aussi une technique d'inversion totale du front d'onde appliquée à SSI qui améliore la sensibilité à la perte d'information due au bruit et à l'hypoéchogénicité existante dans certaines lésions. Enfin, nous présenterons un nouveau concept de cavité à retournement temporel " réglable " pour l'émission d'impulsions de très fortes pressions à partir d'un nombre limité de transducteurs. Notre prototype a permis de générer des ondes de chocs focalisées au sein d'une étendue considérable et de multiplier par 17 la pression d'une sonde d'imagerie conventionnelle. Ainsi, à partir d'électroniques basse-puissance à faible coût, ce dispositif thérapeutique pourrait avoir de nombreuses applications thérapeutiques limitées actuellement par des contraintes géométriques.

In this work passive piezoelectric devices for vibration damping are studied. It is developed the basic idea of synthesizing electrical wave guides to obtain an optimal electro-mechanical energy exchange and therefore to dissipate the mechanical vibrational energy in the electric form. Modular PiezoElectroMechanical (PEM) structures are constituted by continuous elastic beams (or bars) coupled, by means of an array of PZT transducers, to lumped dissipative electric networks. Both refined and homogenized models of those periodic systems are derived by an energetic approach based on the principle of virtual powers. Weak and strong formulation of the dynamical problem are presented having in mind future studies involving the determination of numerical solutions. In this framework the effectiveness of the proposed devices for the suppression of mechanical vibrations is investigated by a wave approach, considering both the extensional and flexural oscillations. The optimal values of the electric parameters for a fixed network topology are derived analytically by a pole placement technique. Their sensitivities on the dimensions of the basic cell of the periodic system and on the design frequency are studied. Moreover the dependence of damping performances on the frequency is analyzed. Comparing the performances of different network topological configurations, the advantages of controlling a mechanical structure with an electric analog are shown. As a consequence of those results, new interconnections of PZT transducers are proposed. An experimental setup for the validation of the analytical and numerical results is proposed and tested. A classical experience on resonant shunted PZT is reproduced. Future experimental work is programmed.

Ce document reprend la structure de mon dossier de candidature au CNRS avec une réflexion sur le contexte et les enjeux de mes recherches suivi d'un aperçu rapide de mes activités de recherche. Ensuite, j'ai voulu montrer l'enchainement logique des travaux qui nous ont conduit à résoudre l'énigme du retrait paradoxal du bois de tension. Cette question qui depuis le début, il y a 10 ans, est présente dans mes recherches trouve aujourd'hui des éléments de réponse. Enfin, mon curriculum vitae donne une idée de ma production scientifique, de mes activités de formation et d'encadrement, de mon implication dans la vie de la recherche localement, au niveau national et international.

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la sécurisation de l'appontage des hélicoptères sur les frégates. Il s'agit ici d'analyser le sillage aérodynamique d'une frégate générique modélisée par une double marche descendante dans le but de mieux comprendre ce type d'écoulement tridimensionnel instationnaire. Les champs de vitesse moyen et fluctuant ont été analysés essentiellement par voie expérimentale (PIV, fil chaud, visualisation pariétale. . . ) et ont permis de valider la présence de structures tridimensionnelles mises en évidence grâce à une simulation numérique. Les résultats montrent en particulier la présence d'une asymétrie de l'écoulement moyen. Une étude fine autour de l'angle de dérapage nul a permis de confirmer le caractère bistable de l'écoulement autour de cette géométrie. Cette bi-stabilité a été observée dans différentes installations et pour un large éventail de conditions géométriques amont de la maquette. La compréhension de ce phénomène est déterminante avant toute tentative visant à mettre en oeuvre le contrôle de ce type d'écoulement complexe.

La recherche en optimisation est un secteur crucial pour les constructeurs aéronautiques. La performance des appareils est un élément déterminant dans la compétition commerciale qui oppose les principaux manufacturiers du marché. L'incorporation de plus en plus massive des matériaux composites dans les avions de ligne dans les années 2000 illustre le désir des constructeurs de réduire la masse de leurs appareils pour en diminuer la consommation de kérozène. Parallèlement, la sécurité est devenue au fil des années une préoccupation majeure pour l'ensemble des acteurs. Cependant, l'emploi massif de matériaux composites, dont les propriétés physiques sont très intéressantes pour les constructeurs mais qui sont conçus avec une marge de tolérance pour des raisons de coût, induit des variations indésirables dans la structure, des incertitudes. Outre ces matériaux, d'autres éléments non prévisibles sont susceptibles de perturber la structure de l'appareil. Le modèle d'un avion en avant-projet est toujours amené à évoluer pour répondre aux évolutions des exigences du constructeur, mais des études de faisabilité doivent être menées avant que la structure ne soit totalement définie, afin de s'assurer de la viabilité du modèle. Des éléments non pris en compte dans la structure, comme les câbles, peuvent également avoir une influence non négligeable sur le comportement global de l'appareil. Ces incertitudes ont un impact non négligeable sur la stabilité de la structure en vol. Des études ont commencé à incorporer cet aspect incertain dans les processus d'optimisation, mais généralement en adaptant les algorithmes existants et sans exploiter la nature incertaine des problèmes. Afin de tenir compte de l'aspect incertain, on se propose de représenter ces incertitudes par des variables aléatoires et d'exploiter des outils théoriques développés dans d'autres domaines, notamment les outils des mathématiques financières.