Les cyclistes peuvent rouler plusieurs heures sur des routes d'une qualité souvent médiocre. L’amélioration du confort des vélos de route est donc un critère de conception important dans l’industrie du cycle. Le fait que l’humain joue un double rôle de récepteur de vibration et de composant dynamique important sur un vélo complexifie l’étude du confort cycliste. De ce fait, les fabricants de vélos n’ont actuellement pas d'idée précise sur ce qui influence réellement le confort et cela limite leur capacité d'améliorer le confort de leurs produits. L’objectif de ce mémoire est de trouver les composants qui ont le plus d'influence sur le niveau d'accélération, de force et puissance transmises aux mains et aux fesses du cycliste. Cet objectif est atteint en trois étapes, qui ont fait chacune l’objet d’articles de journaux inclus dans ce mémoire. La première étape est le développement d'une technique pour reproduire l’excitation de la route en laboratoire. Cette étape comprend d'abord la mesure de vibration sur un vélo roulant sur une route très granulaire (bitume usé sans crevasses et sans nids de poules). Il y est ensuite question de la méthode de reproduction avec des excitateurs linéaires reproduisant la vibration de la route sous les roues d'un vélo avec un cycliste. La deuxième étape est l’élaboration d'un protocole expérimental conçu pour réduire au maximum les incertitudes reliées à l’interaction du cycliste sur le vélo et aux conditions d'essais. Ce protocole optimise la position du cycliste et des conditions d’essais pour augmenter la répétabilité des mesures des vibrations transmises aux mains et aux fesses du cycliste. Malgré ces précautions concernant la répétabilité, le système vélo-cycliste n'est pas déterministe. Une approche statistique rigoureuse doit donc être utilisée pour analyser les essais. La troisième étape est la campagne de mesure qui répond directement à l’objectif de ce mémoire. Elle se résume en une première série d’essais qui détermine pour chaque composant identifié (cadre, fourche, roues, cintre et potence) les pièces offertes sur le marché qui transmettent le plus et le moins de vibrations. À partir des pièces sélectionnées, une seconde série d'essais permet de déterminer ensuite la contribution relative de ces composants sur le niveau de vibrations transmises au cycliste. La détermination de la contribution relative des composants d’un vélo de route sur le niveau de vibrations transmises de la route au cycliste permet ainsi d'identifier les composants les plus influents sur le confort des vélos et de guider le partenaire au projet, Cervélo, dans la conception orientée vers l’amélioration du confort des vélos de demain.

Nous décrivons l’utilisation de matrices polymères aux propriétés inhabituelles dans des composites à fibres de verre longues et dans des composites tout organique. Les vitrimères récemment découverts au laboratoire Matière Molle et Chimie une nouvelle classe de polymères. Ils sont réticulés et insoluble comme les thermodurs mais pourtant malléables à chaud, soudables sans apport de matière et recyclables comme les thermoplastiques. Cette propriété de soudage est elle conservée pour un matériau composite à matrice vitrimère renforcé à 50vol.% ? Nous analysons quantitativement et statistiquement les forces de rupture de joints soudés à chaud de façon autogène et comparons à cet effet le composite à matrice vitrimère aux composites classiques. Nous démontrons que seule la matrice vitrimère permet de multiples soudures efficaces grâce aux réactions d’échange qui permettent la formation de liens covalents et la diminution de la rugosité à l’interface. Cette technologie pourrait permettre le remplacement des joints mécaniques ou des adhésifs. Nous explorons aussi un système composite constitué d’un tissu de fibres longues et d’une matrice basée sur des thermoplastiques semi-cristallins à base de polyamides supramoléculaires développés au laboratoire Matière Molle et Chimie. Leur très faible viscosité au dessus du point de fusion est un grand atout vers des méthodes de mise en œuvre et de recyclage améliorées. Nous montrons qu’il est possible de recouvrer les fibres intactes et lavées ainsi que la matrice grâce à un traitement thermique sous pression dans l’eau. Enfin, nous réalisons un bilame vitrimère qui peut être utilisé comme actuateur. / We describe the use of two polymer matrixes with unusual properties for long glass fibres reinforced composite materials and fully organic composites. Vitrimers, recently discovered in the Soft Matter and Chemistry laboratory constitute a new class of polymers as they can exhibit high mechanical strength and are insoluble even at high temperatures like thermosets and yet, like thermoplastics, they are heat processable, recyclable and weldable. The question arises whether this welding property is maintained in composite materials made of more than 50vol% of reinforcing fibres. We quantitatively and statistically analyze the bond strength of lapshear vitrimer composite joints autogenously welded by heat and compare the results to comparable joints of standard thermoset epoxy. It is demonstrated that only vitrimer samples show substantial bond strength and the ability to be repeatedly welded thanks to the exchange reactions that promote both bonding between the adherands and the decrease of surface roughness at the joint interface. This opens the way towards joining composite parts without adhesives or mechanical fasteners. We also explore a composite system made of woven glass fibres and of a matrix base on supramolecular semi-crystalline polyamides that have been developed in the SMC laboratory. Their very low melt viscosity is an asset to envision improved manufacturing and recycling methods. As a proof of concept, composite material pieces have been subjected to a high temperature water treatment. We show the complete recovery of both the neat woven glass fibers plies and the matrix. Finally, we show that actuators can be made from bilaminar vitrimers.

Cette thèse porte sur la restauration des signaux bruités observés sur des plans d'expérience aléatoires. Trois méthodes sont proposées. Dans les deux premières, on se ramène (soit par préconditionnement des données initiales, soit par régression polynomiale locale), à un problème de régression sur grille régulière. Des majorations asymptotiques de l'erreur d'estimation sont données pour les deux méthodes, sur des classes de fonctions holderiennes pour la première et sur des boules d'espaces de Besov pour la deuxième. La vitesse de décroissance de l'erreur est dans les deux cas très proche de la vitesse optimale. Un troisième algorithme concerne les plans d'expérience déterministes et utilise les ondelettes adaptées à la grille. Elles sont construites par des schémas de subdivision non réguliers, dont on étudie la convergence et les propriétés. Des nombreuses simulations et une étude comparative illustrent le comportement des trois algorithmes quand ils sont appliqués à des échantillons de taille finie.

L'utilisation du procédé d'oxydation avancée électrochimique est un moyen simple et économique d'obtention des radicaux hydroxyles (OH*) fortement oxydants. Au cours de ce travail les radicaux ont été utilisés pour la dégradation du chlortoluron, du carbofurane et du bentazone en solution aqueuse. La méthodologie de la recherche expérimentale a été utilisée pour étudier l'influence de quelques paramètres (concentration du chlortoluron, l'intensité du courant et la durée du traitement, etc.) sur la vitesse de dégradation et pour déterminer les conditions optimale de minéralisation. L'évolution de la concentration des pesticides en fonction du temps de traitement montre une cinétique de pseudo-premier ordre (kabs = 4,92 × 109, 3.24 × 109 et 2.63 × 109 mol-1.L.s-1 respectivement pour le chlortoluron, le carbofurane et le bentazone). Dans nos conditions expérimentales optimales (I = 300 mA, [pesticide]0 = 0,125 × 10-3 mol.L-1 et t = 8 h), nous obtenons un taux de minéralisation supérieur à 90% pour les trois pesticides. Dans le cas des molécules étudiées, il a été montré que le taux de minéralisation par le procédé photo-Fenton (UV/Fe3+/H2O2) est fonction des doses des réactifs utilisés et de la concentration initiale des pesticides à traiter. Une comparaison des performances de minéralisation par les différents procédés étudiés (électro-Fenton (BDD), électro-Fenton (PT), oxydation anodique et photo-Fenton) a montré que les procédés photo-Fenton et électro-Fenton (BDD) permettent d'atteindre des taux de minéralisation très important (≈ 90% au bout de 2 h). La comparaison du coût du traitement montre que le procédé photo-Fenton coûte beaucoup plus chère que le procédé électro-Fenton (BDD). Le plasma d'air humide a été utilisé pour la dégradation du chlortoluron. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été étudiés pour améliorer les performances du glidarc. La combinaison entre TiO2 et Fe2+ permet d'aboutir à 96%de la dégradation du chlortoluron au bout de 3 h.

L'objectif de cette étude était de réaliser des revêtements de TiO2 présentant une large variété de morphologies et d'établir des corrélations entre la structure de ces couches et leurs propriétés fonctionnelles, notamment la photocatalyse. Deux voies de synthèse employant le même précurseur, le tétra-isopropropoxide (TTIP) de titane, ont été utilisées, le procédé sol-gel et le dépôt chimique en phase vapeur (MOCVD). L'emploi de ces deux techniques permet de produire TiO2 sous une large gamme de morphologies mais avec des variétés polymorphiques similaires. Les revêtements synthétisés ont été caractérises afin de déterminer leur composition polymorphique, la taille des cristallites, la surface spécifique, la rugosité et l'épaisseur. Puis leur activité photocalytique pour la dégradation du bleu de méthylène a été déterminée. Par voie sol-gel, des dispersions de nano-cristallites de TiO2 dans l'eau, stables sur une longue durée (plus d'un an) en termes de composition polymorphique, taille d'agglomérats et de cristallites ont été synthétisées. Les revêtements ont été réalisés par tape-casting et dip-coating. Pour la synthèse en MOCVD, un plan d'expérience (PeX) a été utilisé, à notre connaissance pour la première fois. Il a permis de déterminer, d'une manière efficace et économique (avec un nombre minimum de tests expérimentaux), les paramètres les plus importants du procédé contrôlant les diverses propriétés quantifiables du revêtement. Il a aussi permis de mettre en évidence les interactions entre les paramètres de synthèse et leur effet sur la structure du revêtement. Les conclusions tirées du PeX sont en accord avec les résultats obtenus lors des études précédentes. L'analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée pour avoir une vue globale de la façon dont les diverses propriétés des revêtements sont reliées entre elles / The overall objectives of this study was to find an environmental-friendly and simple procedure to synthesize titanium-dioxide, as well as, to determine the relation between the structural and functional properties of titanium dioxide coatings. Both of these objective have been attained in this study. By the sol-gel technique, titanium dioxide sols were synthesized by the hydrolysis of titanium(IV)isopropoxide. Nanocrystalline dispersions of TiO2 in water were prepared that were suitable for coatings and having long-term stability (more than 1 year) in terms of polymorphic composition, crystallite and agglomerate size. A design of experiments (DoE) was utilised, to our knowledge, for the first time in MOCVD for the synthesis of TiO2 coatings. It was employed to determine, in a timely and economical manner, the most significant process parameters for any quantifiable property of the coating and to highlight the interaction between these operating parameters, as well as, the correlation between the structure of the coating and the process. The conclusions drawn from the DoE were compared to results obtained by previous studies and were found to concur. Therefore, the DoE was successful in screening the most important process parameters, with a minimum number of experimental trials. For most of the properties that were under investigation, the DoE showed that, the deposition temperature and reactor pressure were, often-times, the most significant. Therefore, to change the microstructure and composition of MOCVD coatings, changing these process parameters will ensure the highest impact. It has to be stressed that the conclusions drawn from the DoE are restricted to the experimental range that was under investigation. Principal Component Analysis (PCA) was conducted to have an overall view of how the different properties of the coatings related with one another. The interpretations made from this analysis were that the photocatalytic (PC) activity of the coatings produced did not relate strongly to the polymorphic composition, which is contrary to literature review and is explained to be a result of the different morphologies that lead to different porosities and specific surface area. The PC activity did not depend on the mass over a critical mass. With this analysis it appeared to be clear that the porosity and specific surface area played a larger role than polymorphic composition. This hypothesis has to be verified because we did not succeed in determining the specific surface area of our coatings during this study. However, some preliminary tests have been conducted showing that cyclic voltametry could be used to evaluate the surface area of our films

Les tôles courbes sont de plus en plus fréquemment utilisées dans le domaine des ouvrages d'art à la fois pour raisons esthétiques et pour leurs performances mécaniques. Leur dimensionnement est cependant difficile du fait de l'absence de méthode dédiée dans les normes européennes, en particulier en ce qui concerne le voilement de l'Eurocode 3. Le recours à la modélisation par éléments finis est donc nécessaire mais bien souvent coûteux. La présente étude vise ainsi à développer une méthode simplifiée pour le dimensionnement des panneaux cylindriques soumis à une compression uniaxiale. La méthodologie utilisée est basée sur la démarche générale de l'Eurocode 3 pour tous les types de vérifications de stabilité. L'expression analytique obtenue est en bon accord avec les standards des recommandations de l'Eurocode. Cependant, cette démarche peut être difficile à reproduire dans la pratique quotidienne des ingénieurs face à un nouveau problème tel qu'une combinaison de chargements par exemple. Une méthode alternative basée sur la méthode des plans d'expérience numérique a donc été développée. Basée sur des outils statistiques, l'application de cette méthode permet facilement d'obtenir un résultat avec une bonne précision tout en nécessitant que peu simulations / The use of curved panels for the construction of steel bridges has become more and more popular due to structural performance, traffic and aesthetic requirements. Their design is however made difficult due to a lack of specifications, especially in European Standards. The use of finite element modeling is often necessary. This however requires very sophisticated and expensive models in terme of calculation times. The present study aims thus at developing a method for predicting the ultimate strength of cylindrical curved panels subjected to uniform axial compression. This method is based on the formal procedure recommended by Eurocode 3 for all types of stability verifications. The agreement with the numerical results is thus very good. However, this approach seems complex to reproduce in practice user when confronting a new problem such a combinaison of loading. An alternative method based on design of computer experiment is thus developed. Based on statistic notions, this turnkey methodology provides good results with the fewest simulations possible

Cette thèse contribue à l'étude du comportement à long terme des colis de verre nucléaire R7T7 à travers un plan d'expérience (27 verres) développé pour étudier les effets de composition sur la vitesse résiduelle d'altération dans l'eau. Une étude sur l'impact de la précipitation de phases magnésiennes sur l'altération du verre et un travail de modélisation ont aussi été menés. Entre les différents verres du plan, il y a un ordre de grandeur d'écart sur les grandeurs mesurées (quantités et vitesses d'altération, pH). Ces grandeurs sont traitées statistiquement pour obtenir des équations prédictives et des tendances d'effets de composition pour tous verres respectant les conditions du plan d'expérience. Les travaux confirment les rôles sur l'altération (via le pH et la formation du gel ou des phases secondaires) des éléments comme Si, Na, B, Al, révèlent ceux du Zn, Zr, Ni-Co et posent la question du Cr. En eau souterraine chargée en Ca et Mg, la vitesse d'altération du verre est d'un ordre de grandeur supérieure à celle en eau pure à cause de la formation de phases secondaires magnésiennes. De plus, les effets de composition du verre se retrouvent dans les deux milieux d'altération. Si l'apport de Mg dans le milieu se fait en cours d'altération, il est montré l'existence d'un temps d'induction à la reprise d'altération du verre. L'étape de nucléation de la phase ne limite pas sa précipitation contrairement à un pH inférieur ou égal à 8-8,5. Lorsque Mg est fourni de manière non limitante, la vitesse d'altération du verre devient limitante. Dans ces conditions, la phase formée a un rapport molaire Mg/Si compris entre 0,2 et 0,4. Il a aussi été montré que l'étanchéité du réacteur joue sur la vitesse de dissolution du CO2 dans la solution en diminuant son pH. Enfin, les travaux de modélisation réalisés sont encourageants pour étendre la prédiction du comportement à long terme à un plus large domaine de composition que celui couvert actuellement par le modèle GRAAL. / This PhD thesis deals with the long-term behavior of the French nuclear glasses R7T7. An experiment plan (based on 27 glass compositions) is developed for studying the effect of glass composition on the residual rate of alteration. The impact of Mg-phase precipitation on glass alteration is also studied and several modelling exercises are performed. There is one order of magnitude between the different measurements (rate or pH…) associated with the different glass compositions. The statistical treatment of these measurements results in predictive equations and several observable trends are valid for all materials with a composition complying with the experiment plan conditions. The effect of Si, Na, B and Al on alteration (.i.e, gel and secondary phase's formation, pH) is confirmed, the influence of Zn, Zr and Ni-Co is evidenced. The role of Cr has to be clarified. Experiments show that glass alteration rate in underground water, which contains high level of Ca and Mg, is one order of magnitude higher than in the case of pure water. The glass composition plays the same role for the alteration in the two types of solution. During alteration, the late addition of Mg introduces a time lag in the resumption response because silicon is first provided from partial dissolution of the previously-formed alteration gel. The nucleation process does not limit Mg-silicate precipitation whereas a pH above 8-8.5 is necessary for Mg-silicate precipitation. The glass alteration rate can be a limiting factor if the quantity of Mg supplied to the reaction is enough. The Mg silicate phase seems to have systematically a molar ratio Mg/Si between 0.2 and 0.4. It is also shown that the air tightness of the reactor influences the rate of dissolution of CO2 in the solution leading to a decrease of pH. Finally, modelling exercises with GRAAL show promising results. Such modelling is required in order to extend the prediction of the long-term alteration behavior to different glass compositions.

Dans cette thèse, nous proposons un cadre méthodologique en phase de conception préliminaire dans l'industrie automobile, afin de gérer le compromis entre, d'une part, les contraintes d'architecture auxquelles est soumis un sous-système mécanique, et d'autre part une contribution satisfaisante du sous-système à la minimisation du bruit dans l'habitacle véhicule. <br />La méthodologie proposée, nous permet d'engager des négociations entre les architectes de l'automobile et les ingénieurs mécaniciens sur le respect ou le non-respect de contraintes d'architecture d'un sous-système ou d'un organe, ainsi que sur l'atteinte des cibles du cahier des charges en ce qui concerne les performances vibro-acoustiques.<br />Le cadre méthodologique proposé se compose de cinq étapes : (1) la modélisation du problème de conception, comprenant (a) la modélisation des performances vibro-acoustiques et (b) la modélisation des contraintes d'architecture (2) la métamodélisation (approximation mathématique) du problème de conception résultant en utilisant les métamodèles de type kriging, (3) la formulation du problème de conception sous la forme d'un problème d'optimisation multi-objectifs, (4) la génération grâce au métamodèle de la frontière de Pareto de ce problème d'optimisation multi-objectif par la méthode des contraintes normales et normalisées, (5) une étape de négociation entre les contraintes d'architecture et les performances du sous-système mécanique.<br />Pour gérer le problème des contraintes d'architecture, dans la phase de conception préliminaire, nous introduisons une méthode pour exprimer, par un critère dit d'architecture, le respect ou le non-respect des contraintes géométriques. L'originalité de cette méthode consiste dans le fait de migrer l'étape de l'allocation de volumes enveloppes sous un système de CAO vers un système d'IAO plus accessible aux ingénieurs puisque c'est dans ce système qu'ils gèrent leurs modèles éléments finis.<br />Nous introduisons, en outre, une méthode d'agrégation des performances vibro-acoustiques d'un sous-système mécanique en un seul critère (indicateur) à valeur réelle. Cette technique permet une réduction efficace de la dimension importante d'un problème de conception lié à l'étude d'un sous-système mécanique avec des multiples performances vibro-acoustiques.<br />L'application de la méthodologie à un cas d'étude, dans le domaine automobile, a permis de démontrer son efficacité à améliorer sensiblement les performances vibro-acoustiques d'une caisse en blanc (caisse nue d'une automobile) tout en respectant des contraintes d'architecture serrées à cause d'un volume enveloppe alloué au groupe motopropulseur du véhicule.<br />Finalement, avec ce cadre méthodologique, les négociations entre les architectes et les ingénieurs ne sont plus fondées sur des jugements qualitatifs, mais elles sont à présent fondées sur des critères quantitatifs à la fois pour les contraintes d'architecture et les performances mécaniques.

Une étude expérimentale sur la faisabilité du procédé de dessalement par congélation sur les parois d'un tube cylindrique est présentée. Le procédé se décompose en deux étapes essentielles : la cristallisation suivie par le ressuage. Les cristallisations sont conduites à partir d'une solution stagnante ou agitée par un bullage d'air. Les paramètres opératoires clés sont la rampe de refroidissement et la salinité de l'eau traitée. Leur effet sur la salinité de la glace produite a été quantifié, dans les deux modes de fonctionnement, statique et agité. Le dispositif expérimental permet également de contrôler le gradient thermique à travers la couche de solution pour les cristallisations effectuées en statique. L'absence de gradient thermique et donc de courant de convection mène à des couches de glace très contaminées en sels. Les résultats combinant la cristallisation et le ressuage montrent que dans tous les cas, on peut obtenir de l'eau potable mais avec un rendement plus élevé et une durée réduite si la cristallisation a lieu en mode dynamique. Les conditions opératoires optimales sont proposées. La modélisation des transferts de matière et de chaleur à travers les couches de glace et de solution en régime diffusionnel et convectif a permis d'interpréter l'influence des paramètres opératoires des cristallisations opérées sans agitation. Enfin, l'évaluation économique du procédé complet de dessalement, basées sur des points de fonctionnement expérimentaux, indique que la consommation énergétique d'une petite installation pourrait être très faible en utilisant une machine frigorifique idéale fonctionnant entre l'unité de ressuage et l'unité de congélation.

Les tôles courbes sont de plus en plus fréquemment utilisées dans le domaine des ouvrages d'art à la fois pour raisons esthétiques et pour leurs performances mécaniques. Leur dimensionnement est cependant difficile du fait de l'absence de méthode dédiée dans les normes européennes, en particulier en ce qui concerne le voilement de l'Eurocode 3. Le recours à la modélisation par éléments finis est donc nécessaire mais bien souvent coûteux. La présente étude vise ainsi à développer une méthode simplifiée pour le dimensionnement des panneaux cylindriques soumis à une compression uniaxiale. La méthodologie utilisée est basée sur la démarche générale de l'Eurocode 3 pour tous les types de vérifications de stabilité. L'expression analytique obtenue est en bon accord avec les standards des recommandations de l'Eurocode. Cependant, cette démarche peut être difficile à reproduire dans la pratique quotidienne des ingénieurs face à un nouveau problème tel qu'une combinaison de chargements par exemple. Une méthode alternative basée sur la méthode des plans d'expérience numérique a donc été développée. Basée sur des outils statistiques, l'application de cette méthode permet facilement d'obtenir un résultat avec une bonne précision tout en nécessitant que peu simulations