L'objectif principal de cette étude consiste à réduire les temps de calcul des simulations de procédés de mise en forme continus sous le logiciel Forge3®. Ces procédés, tel que le laminage et le tréfilage, sont caractérisés par des pièces dont la longueur est très importante en comparaison des dimensions de la section ainsi que de la zone de contact. Une approche incrémentale générale implique des temps de calcul conséquents allant de quelques heures à plusieurs jours. En se concentrant sur le régime quasi permanant de ces procédés, une formulation stationnaire est développée pour accélérer leur simulation. Le domaine de calcul correspond initialement à une estimation de la forme de l'écoulement solution au voisinage des outils. Une étape de correction du domaine est ajoutée en plus du calcul stationnaire de l'écoulement. Comme les conditions aux limites sont modifiées, ces deux étapes sont répétées jusqu'à convergence.L'étude s'est concentrée principalement sur l'étape de correction du domaine correspondant à la résolution d'un problème de surface libre par la méthode des éléments finis. Le caractère purement convectif du problème ainsi que la prise en compte du contact nécessite l'utilisation de formulations faibles faisant apparaître un décalage amont (SUPG). Deux nouvelles formulations basées sur la méthode des moindres carrés sont développées avec succès (MC_supg et MC_lc). Pour appliquer la méthode à des géométries complexes, différentes méthodes de généralisations sont développées où un 2ème degré de liberté est ajouté aux nœuds de surface. La méthode la plus performante (CSL_dif) consiste à utiliser ce 2ème degré de liberté pour le calcul de surface libre uniquement sur les nœuds appartenant à une arête géométrique, pour les autres une régularisation du maillage dans la direction tangente y est effectuée. Des résultats excellents ont été observés sur un grand nombre de cas tests analytiques. Le contact est appliqué par une méthode de pénalisation aux nœuds. Afin de renforcer le couplage entre cette étape et celle du calcul de l'écoulement, un contact bilatéral glissant est attribué aux nœuds en compression alors que pour les autres nœuds un contact unilatéral est employé. Un algorithme spécifique est développé pour déterminer avec précision la zone de contact.Cette formulation itérative pour la recherche de l'état stationnaire a été appliquée avec succès sur un grand nombre de cas tests de mise en forme. Des accélérations comprises entre 10 et 60 ont été obtenues par rapport à Forge3®.

Le formage superplastique (SuperPlastic Forming, SPF) permet d'élaborer des pièces de forme complexe qui, de par les matériaux employés, allient faible densité et haute résistance mécanique. Toutefois, sa mise en œuvre nécessite la connaissance de la loi de pression à appliquer afin de contrôler l'endommagement tout comme la répartition d'épaisseur au sein de la pièce. Il est ainsi nécessaire de mettre en place des simulations numériques pour déterminer les conditions optimales du formage. L'exactitude des prédictions obtenues repose alors sur la description du comportement et de l'endommagement du matériau soumis à des conditions thermomécaniques représentatives du procédé considéré. Le présent travail propose donc une modélisation du comportement et de l'endommagement de l'alliage d'aluminium 7475 via une étude comparative de divers modèles. Les travaux peuvent ainsi être divisés en trois grandes étapes : (i) la caractérisation du comportement de l'alliage ; (ii) la caractérisation de l'endommagement de l'alliage et (iii) la mise en place de simulations numériques pour des formes types. Des essais de traction uniaxiale à chaud ont été réalisés afin de caractériser le comportement de l'alliage 7475. Une modélisation de ce-dernier par trois modèles (Norton-Hoff, Johnson-Cook et Zener-Hollomon) est proposée. Les résultats obtenus montrent que le modèle de Zener-Hollomon conduit à la meilleure description du comportement rhéologique de l'alliage dans les conditions thermomécaniques étudiées. Par la suite, l'endommagement de l'alliage 7475 dans des conditions représentatives du formage superplastique a été étudié. Un critère de type Gurson est proposé. Des observations par micro-tomographie aux rayons X ont d'ailleurs permis d'étudier plus précisément l'évolution de l'endommagement au cours de la déformation. À partir de ces résultats, des simulations numériques par éléments finis (sous ABAQUS) ont été mises en place.

Un espace auditif virtuel (par référence à l'acronyme anglais VAS pour Virtual Auditory Space) est une scène sonore virtuelle constituée d'un ensemble de sources sonores qui n'existent que dans l'espace perceptif de l'auditeur. Cet espace est généré au moyen des technologies de spatialisation sonore (telles que : stéréophonie, technologie binaurale, Wave Field Synthesis ou Higher Order Ambisonics) qui reposent sur des modèles de représentation de la scène sonore. La modélisation est le premier aspect à étudier et concerne notamment les étapes de la captation et de la restitution de l'information spatiale. La notion de format audio spatialeé (et par la même les questions de conversion de format et de compression) est implicite. A l'autre extrémité se situe la perception de l'espace ainsi généré pour évaluer comment l'auditeur perçoit les sources sonores virtuelles. Ce mémoire ouvre une réflexion sur ces différentes problèmatiques. En complément d'un état des lieux des connaissances actuelles, deux questions sont traitées en détails. La première question porte sur les technologies de spatialisation multi haut-parleurs en se focalisant sur les technologies Wave Field Synthesis (WFS) et Higher Order Ambisonics (HOA). Il est montré quel(s) système(s) concret(s) peuvent être mis en oeuvre à partir des équations théoriques. Grâce à un formalisme unifié les convergences entre les deux technologies sont mises en évidence, pour ouvrir sur une évaluation comparée. La seconde question concerne l'application de la spatialisation sonore à des terminaux individuels (c'est à dire mono auditeur) et portables, impliquant de façon préférentielle un rendu sur casque. Il s'agit du domaine de la technologie binaurale qui consiste à reproduire les signaux acoustiques à l'entrée des conduits auditifs. Cette technologie repose principalement sur la reproduction des indices de localisation qui résultent de l'interaction des ondes acoustiques avec le corps de l'auditeur et sont par la même fortement individuels. Il est décrit comment modéliser ces indices (notamment les informations temporelles correspondant à l'Interaural Time Difference ou ITD et les informations spectrales associées aux Indices Spectraux ou IS) et comment individualiser cette modélisation.

L'objectif de ces travaux est de déterminer l'atténuation des effets d'une explosion sous-marine par un rideau de bulles. Dans ce cadre, une modélisation de la propagation d'un chocdans les liquides à bulles a été développée, basée sur une technique de transition d'échelles.Cette méthode permet la formulation de modèles continus de liquides aérés, dont la mise enoeuvre est aisée et rapide. Nous avons d'abord développé une modélisation pour des liquidesdiphasiques au sein desquels les bulles sont régulièrement réparties dans l'espace, avant deproposer une extension de ce modèle au cas des liquides à bulles présentant des hétérogénéitésde porosité sous la forme d'amas sphériques de bulles. Un modèle de fragmentation des bulleslors du passage du choc a également été développé, basé sur une analyse linéaire de stabilitédes bulles. L'étude a permis d'établir un critère prédictif de fission et de déterminer le nombrede fragments associés. L'ensemble des modélisations proposées a fait l'objet de comparaisonsavec des résultats expérimentaux issus de la littérature. La concordance entre résultats d'essaiset résultats issus de la modélisation démontre les capacités prédictives de l'approche proposée.Cette modélisation a enfin été appliquée au cas de rideaux de bulles soumis à une explosionsous-marine. Une étude de sensibilité sur les paramètres physiques du rideau a été menée, eta permis de confirmer les tendances expérimentales : sous certaines conditions, la dispositiond'un rideau de bulles sous l'eau permet de diminuer de façon très conséquente l'énergie duchoc transmis en aval du rideau.

The accuracy of the numerical simulation in the prediction of cavitation in cryogenic fluids is of critical importance for the efficient design and performance of turbopumps in rocket propulsion systems. One of the main challenges remains the efficiency in modeling the physics, handling the multiscale properties and developing robust numerical methodologies. Such flows involve thermodynamic phase transition and cavitation bubbles smaller than the global flow structure. Cryogenic fluids are thermo-sensible, then thermal effects and strong variations in fluid properties can alter the cavity properties. The aim of this work is to address the challenge of efficiently modeling cavitating flows when using water and cryogenic fluids. Because of the complexity of the phenomenon, we focus on improving accuracy of the numerical simulation and on proposing some approaches for a strong coupling between numerics and experiments. We first discuss how to simulate cavitation by means of a mixture model. We specifically address two challenges. The first one is associated with the prediction of thermal effect during the phase transition, requiring the solution of the energy conservation equation. The second challenge is associated to the prediction of the number of bubbles, by considering a transport equations for the bubble density. This study is applied to the numerical simulation of a cavitating flow in a Venturi configuration. We observe an improved estimation of temperature and pressure profiles by using the energy equation and the nucleation model. Secondly, we focus on bubble dynamics. Several forms of Rayleigh-Plesset (RP) equations are solved in order to estimate the temperature and pressure during the collapse of the bubble. We observe that, for high Mach number flows, RP modified with a compressible term can predict the bubble behavior more accurately than the classical form of RP. It is necessary to use a complex equation of state for non-condensable gas (van der Waals) in order to have an accurate estimation of the bubble temperature during the collapse phase. We first apply this approach to the water treatment with cavitation, by proposing a model for the estimation of radicals developed during the collapse of the bubble. Secondly, this equation is modified by adding a term of convective heat transfer at the interface between liquid and bubble and it is coupled with a bubbly flow model in order to assess the prediction of thermal effect. We perform a parametric study by considering several values and models for the convective heat transfer coefficient, hb, and we compare temperature and pressure profiles with respect to the experimental data. We observe the importance of the choice of hb for correctly predicting the temperature drop in the cavitating region and we assess the most efficient models. In addition, we perform an experimental study on nitrogen cavitating flows in order to validate numerical prediction of thermal effect, and in order to assess the fundamental characteristics of the nucleation and the transient growth process of the bubble.

La stabilisation des sols à la chaux et aux liants hydrauliques permet de valoriser des sols aux propriétés médiocres. Dans cette étude, une démarche multi-échelle a été mise en oeuvre pour décrire les effets du traitement mixte sur les caractéristiques et les propriétés de sols limoneux qui présentent une composition minéralogique différente. Cette démarche a également été mise en oeuvre pour comprendre la réponse physico-chimique et mécanique de ces sols traités lors d'une circulation d'eau. Les propriétés hydromécaniques du sol traité s"avèrent conditionnées par l'organisation microstructurale, elle-même étant dépendante de la minéralogie du sol. Dans un limon dépourvu de mica, les particules argileuses entourent des particules plus grossières pour former des agglomérats millimétriques autour desquels se déposent les liants. Le développement d'un gel de C-(A)-S-H assure alors une continuité dans l'ensemble du matériau, et le développement des performances mécaniques est satisfaisant. Le limon riche en micas introduit un amas de plaquettes sur lesquelles sont dispersés les liants. La performance mécanique est alors bien plus faible. La circulation prolongée et continue d'eau est conditionnée par cette organisation microstructurale. Dans le cas du limon dépourvu de micas, celle-ci assure ainsi un maintien des performances mécaniques en réponse au faible lessivage des produits cimentaires. Par contre dans le limon riche en mica, les phases cimentaires sont fortement atteintes par la circulation. La perte des effets du traitement est alors totale, même si un retard de l'arrivée d'eau permet de la ralentir.

La pérennité des améliorations apportées par la chaux à un sol limoneux utilisé pour la construction d’ouvrages hydrauliques ou de remblais en zone inondable vis-à-vis des sollicitations hydriques auxquelles ces derniers peuvent être soumis (immersion, circulation d’eau) est encore débattue. Dans ce contexte, ce travail s’est attaché à simuler expérimentalement puis à décrire l’effet de ces sollicitations sur les propriétés géotechniques d’un sol limoneux compacté traité à la chaux (perméabilité, résistance mécanique). Il a été établi que le maintien des améliorations mécaniques est fortement lié à la perméabilité des sols : plus leur perméabilité est forte, plus les pertes de performances mécaniques sont rapides. Ces pertes de performances peuvent être attribuées à une dissolution partielle de la chaux non consommée mais aussi à la décalcification des produits cimentaires formés suite à l’ajout de chaux. L’ampleur de ces processus s’avère être une fonction de la perméabilité, une forte perméabilité les accélérant à l’inverse d’une faible perméabilité. Enfin, une étude a été conduite sur l’effet des conditions initiales sur la microstructure et la perméabilité des sols traités à la chaux afin de déterminer les états initiaux à privilégier en terme de durabilité. Il a été montré que l’ajout d’un faible dosage en chaux et qu’un compactage à une faible énergie pouvait induire, au contraire d’un fort dosage et d’un compactage du côté humide, de fortes perméabilités. Ainsi, un fort dosage en chaux et un compactage du côté humide pourraient permettre de maintenir dans le temps les améliorations apportées par la chaux aux sols limoneux exposés à des sollicitations hydriques.

Dès ma thèse de doctorat, je me suis intéressé au comportement des géomatériaux et au développement d'outils de modélisation et de caractérisation des matériaux hétérogènes et nonlinéaires. Ma double formation (matériaux et mécanique) m'a permis de travailler sur plusieurs types de matériaux doués de propriétés intéressantes et largement utilisés en génie civil tant au niveau du sous-sol (géomatériaux) qu'au niveau de la structure elle-même (bois, granulats, bitume). Ces matériaux constituent non seulement le terrain d'expression pour de nombreuses disciplines scientifiques comme la science des matériaux, la physico-chimie, la mécanique et la rhéologie mais également un vecteur de développement économique et social. - Période doctorale : Les grandes déformations des matériaux inélastiques anisotropes ; - Période post-doctoral : Le séchage sous vide du bois : Pourquoi et comment ? ; - Période professionnelle . La durabilité des matériaux de chaussées (apport du multi-échelle).

Ce travail doctoral poursuivait deux objectifs : D'une part, proposer une triple contribution méthodologique à l'analyse de la coordination motrice. Cette contribution consiste premièrement à analyser la sensibilité des résultats d'une procédure de dynamique inverse à la qualité des données d'entrée anthropométriques et à proposer une recommendation quant à la méthode d'estimation des BSP à utiliser pour déterminer au mieux les moments musculaires nets. Deuxièmement, une évolution d'un modèle biomécanique associant des données périphériques de différente nature (cinématique, anthropométrie, torseur dynamique externe, EMG) dans une procédure d'optimisation numérique et permettant d'estimer les moments développés par les groupes musculaires agoniste et antagoniste de l'articulation du genou est présentée. Les évolutions apportées visent à prendre en compte la baisse de capacit'e de production de force du groupe musculaire dûe à la fatigue en se basant sur une analyse fréquentielle du signal EMG réalisée par une transformée en ondelettes. Troisièmement, une méthode d'estimation des tensions musculaires est développée avec pour objectif une prédiction optimale de l'activité musculaire antagoniste. D'autre part, analyser la coordination musculaire lors d'une tâche de "squat" réalisée en présence d'une perturbation interne ou externe des conditions de réalisation de la tâche. L'ajout d'une charge supplémentaire modifiait les conditions externes de réalisation de la tâche tandis que la présence d'une fatigue musculaire représentait une perturbation interne. Les résultats de l'analyse de la coordination musculaire montrent une exploitation de la redondance musculaire orientée vers la stabilité de l'articulation et la production de mouvements coordonnés. De plus, la gestion de cette redondance en présence de fatigue diffère de celle observée lors de l'ajout d'une charge. Le Système Nerveux Central exploite donc différemment, mais toujours de manière optimale, la redondance musculaire pour faire face à une perturbation.

Contrairement aux animaux, qui peuvent fuir face à un environnement hostile, les plantes doivent s'adapter au milieu dans lequel elles se trouvent. En particulier, elles percoivent les déformations induites par une perturbation mécanique et modifient leur croissance par un phénomène appelé thigmomorphogénèse. Ce phénomène a été étudié dans le cas de sollicitations statiques, mais peu d'éléments sont connus dans le cas plus réaliste d'une sollicitation dynamique comme le vent. Ainsi, cette thèse porte sur les effets de la dynamique sur la croissance de plantes, où nous avons choisi comme plante modèle le peuplier non ramifié. Nous nous attachons dans un premier temps à caractériser la dynamique modale du peuplier. Des expériences et des calculs numériques par éléments finis ont mis en évidence une organisation spatiale et fréquentielle des modes de vibrations induites par les gradients de propriétés mécaniques de la plante. Ces résultats sont utilisés dans une seconde expérience au cours de laquelle le suivi au cours du temps des propriétés géométriques de jeunes peupliers soumis à diverses perturbations statiques et dynamiques est réalisé. On montre alors que l'effet dominant de la stimulation mécanique sur la réponse de croissance est celui de la composante statique. Nos résultats suggèrent de plus une délocalisation de la réponse de la plante par rapport aux déformations induites par la perturbation, indiquant un transport du signal. Ces différents éléments sont finalement rassemblés afin de modifier et compléter le modèle de perception des déformations chez les végétaux.