Modéliser la localisation de la déformation dans les géomatériaux de manière objective nécessite l'utilisation de méthodes capables de régulariser le problème aux limites en introduisant une longueur caractéristique. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons choisi d'utiliser les milieux à microstructures de types second gradient. Une question, se pose alors quant à l'identification des paramètres constitutifs qui interviennent dans la formulation de ces milieux. L'objectif de cette thèse est de mettre en place une méthode d'identification d'une loi de comportement enrichie de type second gradient. Une partie de l'identification a été réalisée à partir d'essais homogènes, cependant l'identification complète nécessite de considérer des modes de déformation à forts gradients, comme cela est le cas en présence d'une localisation de la déformation. La procédure d'identification développée s'appuie sur des résultats expérimentaux d'essais mécaniques sur le grès de Vosges conduits à deux confinements différents (20 et 30 MPa), pour lesquels le mode de déformation des échantillons a été caractérisé à l'aide de mesures de champs cinématiques (corrélation d'image), y compris en régime localisé. Un certain nombre d'observables ont été extraits de ces essais, qui ont servi à établir la comparaison entre calculs numériques et observations expérimentales. Une étude de sensibilité exhaustive a été menée pour établir une matrice de sensibilité utile par la suite pour l'optimisation des observables. Afin de calculer cette matrice, deux études de sensibilité sont effectuées. Ces études consistent à évaluer l'influence de la variation de chaque paramètre constitutif sur les données sélectionnées. La première étude de sensibilité porte sur la partie homogène des essais, elle permet l'optimisation d'un certain nombre de paramètres qui jouent un rôle uniquement dans cette partie. La deuxième étude concerne le régime de déformation localisé. Celle-ci permet le calcul de la matrice de sensibilité. Grâce à cette matrice, nous avons réalisé une optimisation des observables. Ainsi, chaque observable pourra être optimisé indépendamment des autres. A l'issue de cette optimisation un jeu de paramètre est proposé. Il permet de reproduire de manière fiable, les essais expérimentaux.

Le laminage transversal, procédé de mise en forme des métaux essentiellement développé " à chaud ", permet d'obtenir des bruts de haut niveau de qualité en réalisant un gain notoire sur l'engagement matière face à d'autres procédés. Les travaux de thèse dressent l'état de l'art de cette technologie complexe et mal connue en France ; ils s'appuient sur une bibliographie dense et diversifiée pour synthétiser les lois qui régissent ce procédé et identifier les paramètres significatifs. Les conditions du contact pièce/outil étant prépondérantes, la mesure de la pression de contact est développée sur des matrices instrumentées afin de caractériser la sévérité des efforts. Des préformes en acier, titane et alliage base cuivre-aluminium avec simple réduction de diamètre sont fabriquées pour mettre en évidence les spécificités du contact pièce-matrice au niveau tribologique et rhéologique. En vue de démontrer que la condition d'entrainement en rotation des pièces est un facteur clé de pilotage du procédé, de nombreux essais expérimentaux pointent le rôle de la texture de surface pour l'obtention de pièces sans défaut, ainsi que son influence sur l'histoire thermomécanique interne. Les nombreuses difficultés liées à la mise au point d'outillages sont identifiées sur la base d'observations expérimentales et ensuite intégrées dans une démarche de conception d'outillage. Une procédure de conception d'outillage est ainsi proposée en s'appuyant sur une synthèse de règles issues de la bibliographie ainsi que de règles déterminées par les travaux expérimentaux. Une étude de cas sur une préforme " balustre " est traitée ; elle intègre la conception des matrices, la simulation numérique avec le logiciel FORGE© ainsi que les essais de mise au point d'outillage sur un banc développé à l'ENSAM. Une vision d'ensemble sur le procédé et les paramètres qui le gouvernent est finalement proposée.

La description parcimonieuse des sources permet une approche nouvelle de l'analyse des champs acoustiques. Durant ce projet, nous avons appliqué ce principe à plusieurs scénarios classiques : l'holographie acoustique de champ proche, la localisation de sources simples ou complexes et l'identification de directivité de sources. Ces méthodes d'imagerie exigent la résolution de problèmes inverses, souvent mal posés, qui nécessitent l'utilisation conjointe de techniques de régularisation. De plus, pour capter l'information utile et assurer de bonnes performances de reconstruction, les techniques traditionnelles d'antennerie nécessitent le déploiement d'un grand nombre de microphones. Dans ces travaux, nous avons envisagé une approche originale de l'analyse des champs acoustiques basée sur l'approximation parcimonieuse des sources, ce qui agit comme un principe de régularisation. Cette formulation permet en outre de tirer profit de la méthode de "compressive sampling" (CS), qui permet de restreindre le nombre de mesures utiles à la résolution du problème inverse si la source à reconstruire admet une représentation suffisamment parcimonieuse. On montre que l'application du CS à l'holographie en champ proche de plaques homogènes et isotropes permet non seulement de mieux régulariser le problème par rapport aux techniques génériques classiques, mais également de diminuer fortement le nombre de microphones en sous-échantillonnant l'hologramme au-delà de la limite imposée par la théorie de Shannon. Le problème de localisation de sources, envisagée comme un problème parcimonieux, permet la localisation avec une haute résolution de sources corrélés, en champ proche comme en champ lointain. Les méthodes de reconstruction parcimonieuse permettent de structurer la base de parcimonie en l'enrichissant avec un modèle de décomposition des sources en harmoniques sphériques pour localiser et identifier la directivité de sources complexes. Ces études ont finalement nécessité le développement de techniques rapides de calibration en position et en gain d'antennes composées d'un grand nombre de microphones.

Un manipulateur cartésien dit " axe en gantry " peut être utilisé pour des applications requérant une dynamique élevée et une grande précision. Le type d'axe en gantry étudié dans ce mémoire consiste en un axe transversal porté par deux actionneurs linéaires balayant la direction longitudinale de l'espace de travail. Un troisième actionneur, monté sur le bras transversal, permet de déplacer la charge le long de la direction transversale de l'espace de travail. La problématique de ces systèmes réside dans la dégradation des performances de positionnement due au couplage mécanique existant entre les actionneurs et aux vibrations du bras transversal. La solution industrielle, consistant à minimiser les vibrations en rigidifiant (et en alourdissant) le bras transversal et à contrôler indépendamment les axes parallèles, mène à une consommation d'énergie importante qui ne sera plus acceptable à long terme. Un état de l'art sur la commande des axes en gantry met en évidence un manque d'analyse des phénomènes physiques responsables des couplages mécaniques et des vibrations du bras transversal. Ceux-ci sont en effet considérés comme des perturbations compensées par des méthodes mathématiques dérivées de l'automatique avancée. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une modélisation physique détaillée de l'axe en gantry comprenant la flexibilité du bras transversal. Cette modélisation, associée à des méthodes d'identification expérimentale et de représentation causale, est exploitée afin de déduire des structures de commande et des méthodes de réglage adaptées. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement des axes en gantry par rapport à la commande industrielle et permet par exemple d'envisager l'allégement du bras transversal.

Ce manuscrit traite de la problématique de la surveillance des structures depuis la mesure en service jusqu'à la caractérisation des champs mécaniques. La technologie des systèmes de mesure est étudiée dans la première partie. Les spécifications d'un système de mesure embarqué sont identifiées à partir d'essais en service sur des structures et à partir des applications envisagées. Ces spécifications définissent les hypothèses de résolution du problème inverse lié à l'interprétation des mesures. La deuxième partie présente la formulation du problème inverse de surveillance des structures à partir des hypothèses précédemment énoncées. Le principe est de reconstruire les champs mécaniques à partir de l'identification des conditions aux limites. Seul le chargement est considéré et le principe de Saint-Venant permet de restreindre le nombre de paramètres nécessaires à sa modélisation. La difficulté réside alors dans le choix des bonnes bases de chargement et dans le positionnement des capteurs. Cette méthode est appliquée aux structures poutres dans la troisième partie. Les bases de chargement sont obtenues à partir d'une projection des solutions analytiques du problème de poutre sur les bords des structures. Le positionnement des capteurs est ensuite étudié sur des structures poutres élémentaires qui réduisent le problème inverse à une identification polynomiale. La décomposition des structures poutres complexes en structures élémentaires simplifie alors la définition des bases de chargement et le positionnement des capteurs. La dernière partie présente les résultats obtenus sur des structures plaques. Les bases de chargement sont construites par projection des solutions analytiques pour les domaines étoilés. L'extension à des domaines quelconques est faite en considérant seulement les bords chargés des structures pour se ramener à des domaines étoilés équivalents. Bien que ces bases ne soient plus complètes, les résultats obtenus sur des plaques trouées montrent leur intérêt. Ces résultats servent ensuite à la construction des bases de chargement et au positionnement des capteurs pour les structures complexes modélisées par des assemblages de plaques.

L'écoulement de compression peut permettre de caractériser le comportement rhéologique de fluides complexes, notamment en présence de fluides fermes, de fluides de structure fragile, ou de fluides présentant un caractère glissant aux parois. Ce test s'avère complémentaire aux appareils traditionnels de rhéométrie et trouve son intérêt dans la facilité de sa mise en oeuvre et dans la richesse des informations enregistrées au cours d'un essai. Cependant, le caractère non viscosimétrique de l'écoulement induit contribue à complexifier le traitement des données. Nos travaux visent à développer une méthode d'identification inverse du comportement rhéologique fondée sur une approche énergétique de l'écoulement, afin d'identifier les propriétés de fluides homogènes à seuil. Cette approche met en évidence la relation qu'il existe entre les paramètres caractéristiques de l'essai - effort de compression, vitesse, hauteur de l'échantillon -, les paramètres de la loi de comportement du fluide testé et un taux de déformations moyen. Cette relation permet de proposer l'estimation du taux de déformations moyen caractéristique du cisaillement moyen au sein de l'échantillon testé. Cette estimation est réalisée à chaque instant de l'essai en présupposant la forme de la loi de comportement du fluide. Notre choix s'est porté sur un modèle rhéologique simple et général : le modèle de Bingham dont les solutions analytiques des écoulements adhérent et glissant avec frottement sont construites. Le processus d'identification inverse de l'état de contrainte et de taux de déformation équivalent associé à chaque configuration du test est mis en oeuvre sous la forme d'algorithmes intégrant un calcul itératif. De tels algorithmes de calcul ont été développés de façon à construire point par point la courbe d'écoulement caractéristique du comportement apparent du fluide testé en présence d'un écoulement adhérent ainsi que son comportement tribologique dans le cas d'un écoulement glissant avec frottement. Le principe de la méthode inverse, ainsi que les algorithmes de calcul ont été testés et validés dans un premier temps en ayant recours à des données simulées de compression de fluides modèles en écoulement adhérent ou glissant. Dans un deuxième temps, les outils d'analyse ont été appliqués avec succès aux données expérimentales de compression de différents fluides, en étudiant l'influence de la configuration d'essai (tests à rayon et volume constant, variation de la vitesse de compression et de la hauteur de l'échantillon). Ces essais ont été réalisés sur un analyseur de texture commercial dont l'utilisation n'a pu être envisagée qu'après optimisation de son fonctionnement. Les résultats obtenus, confrontés aux données traditionnelles de rhéométrie, montrent la pertinence de la méthode inverse développée et en complètent la validation. Finalement, une optimisation des algorithmes de calcul est proposée.

Dans le contexte d'un marché saturé et d'une forte concurrence internationale, les industriels doivent proposer des produits manufacturés innovants, de qualité et respectant des contraintes de coûts et de délais de plus en plus exigeantes. La fabrication additive permet aujourd'hui l'obtention de pièces fonctionnelles, elle apparaît, dès lors, comme l'un des moyens de mise en œuvre d'une production personnalisée répondant aux problématiques actuelles. Ne nécessitant pas d'outillage dédié ni de brut de matière, les procédés additifs apportent de nouvelles perspectives quant au triptyque Produit-Process-Matériau. D'un autre côté, comme tous les autres procédés, ils ont leurs propres spécificités et contraintes liées aux phénomènes physiques mis en jeu au cours du processus de fabrication. Tirer profit de la rupture technologique que représente la fabrication additive implique donc de concevoir les produits autrement. Ce travail de thèse consiste en l'élaboration d'une méthodologie de conception orientée fabrication additive. Organisée en quatre étapes, la méthode permet, à partir du cahier des charges fonctionnel et des caractéristiques du procédé de fabrication utilisé, de définir une géométrie de pièce optimisée, à la fois, vis-à-vis des objectifs fonctionnels et des contraintes de fabricabilité. Un domaine de conception est, dans un premier temps, établi à partir des entités fonctionnelles et d'un choix d'orientations de fabrication. La topologie générale du produit y est alors optimisée vis à vis des critères globaux issus des spécifications fonctionnelles et des règles métier globales. La géométrie locale est ensuite définie à partir d'un choix de trajectoires de fabrication et de la simulation du processus de fabrication. Enfin, chaque choix lié à la stratégie de fabrication débouchant sur une géométrie de pièce différente, la dernière étape consiste à identifier celle répondant le mieux aux spécifications attendues. La méthodologie a l'avantage d'être générique dans sa structure et peut être utilisée pour les différents procédés employés pour la fabrication directe. Les contraintes de fabrications sont cependant spécifiques à chaque procédé car liés aux phénomènes physiques mis en jeu au cours des processus de fabrication. Dans le cadre de nos travaux de thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à la technologie de fabrication par projection de poudres. Ainsi, un modèle du processus de fabrication a été mis en place. Il permet d'évaluer et d'optimiser les stratégies de fabrication vis-à-vis des besoins fonctionnels, en permettant de prédire la géométrie finale des pièces, et des contraintes procédés en permettant de prédire les variations de paramètres de fabrication. Ce modèle a été particulièrement mis à profit au cours de nos travaux pour alimenter la méthode d'optimisation de trajectoires, par ailleurs proposée, pour la fabrication de pièces à parois minces.

Le bruit de contact pneumatique/chaussée joue un rôle important dans la nuisance sonore du trafic routier. Il est généré par des mécanismes complexes influencés par plusieurs paramètres tels que la texture de chaussée, la géométrie du contact et les caractéristiques du pneumatique. Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'étude numérique du contact pneumatique/chaussée pour la prévision du bruit en s'intéressant plus particulièrement à l'influence de la texture de chaussée. Le problème de contact est résolu à l'aide d'une Méthode Itérative à Deux Échelles (MIDE) basée sur une approche multi-aspérités de la surface de chaussée. Le pneumatique est modélisé par un massif semi-infini viscoélastique et caractérisé par des modèles rhéologiques standards (Zener ou Maxwell généralisé). Pour appliquer la MIDE au contact pneumatique/chaussée, un partitionnement de chaussée est développé permettant une description globale à partir de lois de contact sur chaque aspérité. En la comparant à des méthodes classiques, la MIDE donne des résultats identiques avec un temps de calcul largement réduit. Elle permet donc d'étudier le problème de contact sur une zone de plusieurs mètres. L'introduction de la viscoélasticité du pneu entraine une diminution de l'aire de contact identique quelle que soit la vitesse du véhicule, conformément aux résultats expérimentaux. L'introduction de la vibration du pneumatique dans le modèle de contact influence l'aire de contact apparente et le niveau des forces de contact, mais les résultats montrent la nécessité d'une validation expérimentale des effets dynamiques sur le contact pneumatique/chaussée. Enfin, les paramètres de contact permettent d'obtenir rapidement une approximation du niveau de bruit global à basses fréquences (315 - 1 000 Hz). Les forces de contact obtenues en utilisant la MIDE élastique sont très fortement corrélées avec le bruit mesuré jusqu'à 1 000 Hz pour deux configurations de pneumatique (lisse et standard). Ainsi une méthode hybride statistique est développée pour estimer le bruit de roulement à basses fréquences, donnant des résultats convaincants.

De nos jours, la combustion représente encore un 90% de la production totale d'énergie au monde. La plupart des brûleurs de type industriel utilisent comme carburant des hydrocarbures en forme liquide. Cependant, un grand nombre d'études ont été dédiés aux flammes gazeuses et l'impact du spray liquide est encore loin d'être totalement compris. Le but de cette étude est l'amélioration de la modélisation des deux phénomènes principaux qui ont lieu entre l'atomisation du spray et la combustion, i.e. la dispersion des gouttes par la turbulence gazeuse et le procès d'évaporation dans le contexte de la Simulation Aux Grandes Echelles (SGE) des configurations complexes. Premièrement, l'approche Euler-Euler mésoscopique (Février et al. (2005)), basée sur une moyenne d'ensemble conditionnée et implémentée dans AVBP est améliorée. Le modèle de fermeture (Simonin et al. (2001); Kaufmann (2004)) pour les moments de deuxième ordre qui apparait dans les équations de transport résolues échoue quand appliqué à des configurations cisaillées (Riber (2007)). Plusieurs modèles proposés récemment par Masi (2010) et qui ont été valides a priori dans une configuration de nappe chargée de particules sont validés a posteriori dans la même configuration. Une analyse quantitative sur plusieurs cas avec diffèrent nombres de Stokes, nombres de Reynolds de la phase gazeuse et résolutions du maillage ont permit de retenir un modèle non-linéaire nommé 2EASM3, qui utilise le tenseur de déformations de la phase dispersée comme échelle de temps caractéristique. La deuxième partie a pour but l'amélioration du modèle d'évaporation implémenté dans AVBP. Ce modèle suppose une conduction infinie dans la phase liquide et symétrie sphérique dans la phase gazeuse ainsi que des lois simplifiées pour les propriétés thermodynamiques et de transport. Un nouveau modèle prenant en compte la dépendance de la viscosité du mélange gazeux avec la composition locale, et des nombres de Prandtl et Schmidt fixés par les valeurs à l'équilibre obtenus par moyen d'une simulation prenant en compte des lois complexes pour les propriétés thermodynamiques et de transport est proposé. Cette nouvelle méthode produit des résultats en bon accord avec les mesures expérimentales pour l'évaporation d'une goutte isolée en une atmosphère d'azote au calme sans pourtant augmenter le cout du calcul. Finalement, l'impact des nouveaux modèles est analysé dans une SGE de la configuration semi-industrielle MERCATO (García-Rosa (2008)). Bien que les données expérimentales ne soient pas suffisantes pour confirmer les résultats, les distributions de gouttes et de carburant gazeux sont significativement affectés par les modèles, ce qui pourrait avoir un impact direct sur le procès d'allumage.

Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie axisymétrique. La validation du modèle multi-échelles est faite avec un modèle déterministe de lubrification mixte, d'une part, et d'autre part avec un modèle TEHD pour surfaces lisses précédemment développé au laboratoire. L'influence des paramètres caractérisant le comportement de la garniture est analysée au travers d'une étude paramétrique. Cette étude a permis d'identifier les différents régimes de lubrification dans lesquels l'épaisseur du film lubrifiant est contrôlée par la hauteur des rugosités ou par les déformations thermoélastiques des faces.