L’objectif principal de cette thèse est de développer une méthodologie qui permette de définir des sollicitations simplifiées représentatives des sollicitations réelles rencontrées en exploitation, c’est-à-dire équivalentes en sévérité vis-à-vis du phénomène d’amorçage de fissure par fatigue mécanique. Cette méthodologie doit être adaptée aux problèmes multi-paramètres car les sollicitations subies par les roues ferroviaires sont multidimensionnelles (chargement vertical et latéral) et indépendantes. Enfin, la thèse vise aussi à proposer une approche fiabiliste globale du problème de fatigue des roues, qui pourra être une extension de la méthode Contrainte-Résistance aux cas des sollicitations multi-entrée. Un critère de fatigue pour l’acier des roues est identifié à partir des nouveaux essais. / The main objective of this PHD thesis is to develop a method for the definition of simplified equivalent loads representative of real loads (the severity is equivalent from fatigue phenomenon point of view). This method must be adapted to multi-input problems because loads applied on wheels are multi-dimensional (vertical and lateral loads) and independent. Finally, the thesis also aims to provide a comprehensive approach to fatigue-reliability problem of the wheels, which can be an extension of the stress-strength method for multi-input loads. A fatigue criterion for the railway will is presented and identified using a new test campaign.

Ce travail sur l’iconographie de Fortune au Moyen Âge et à la Renaissance se base sur un corpus de plus d’un millier d’images dont seul un tiers y est reproduit. L'enquête commence par une nécessaire étude lexicographique qui permet de mieux cerner les sens du mot latin « fortuna » ainsi que ceux du mot français « fortune » entre le xie et le xvie siècle. Une seconde partie s’intéresse au motif iconographique de la Roue de Fortune médiévale – i.e. cette roue sur le pourtour de laquelle prennent place des personnages dont le premier monte, les second trône, le troisième tombe et le dernier gît à terre –, depuis sa genèse dans un manuscrit bénéventain datant des années 1060-1070 jusqu’à sa diffusion sur toutes sortes de supports (peinture murale, sculpture monumentale, mosaïque, etc.) ainsi qu’aux différents usages de ce motif (didactiques, emblématiques, divinatoires). Une troisième partie recense les nombreuses variantes que génère au fil des siècles ce très fécond motif : Roue de la Vie, Roues animales satiriques, Roue des Vicissitudes de l’Humanité, etc. Une quatrième partie étudie la personnification de Fortune qui apparaît au xiie siècle, tant dans les images que dans les textes, avant de devenir l’une des vedettes de l’iconographie de la fin du Moyen Âge, la figure de Fortune se retrouvant dans d’innombrables manuscrits de Boèce, Jean de Meun, Boccace ou Christine de Pizan. La cinquième et dernière partie est consacrée à la mutation que connaît Fortune à la Renaissance, mutation qui la voit changer tant de forme que de fonction, l’aveugle et duplice déesse du sort abandonnant alors sa fonction didactique – et la roue d’exemples qui va avec – pour devenir une accorte jeune femme nue à la mèche de cheveux flottant au vent dont la fonction est propitiatoire et l’usage emblématique. / This work on the iconography of Fortune in the Middle Ages and the Renaissance is based on more than one thousand images of which only one third is reproduced in the document. The study begins with a lexicographical study aiming at better understanding the various meanings of the Latin word « fortuna » and the French word « fortune » from the xith to the xvith centuries. The second section addresses the iconographical pattern of the mediaeval Wheel of Fortune – i.e. that wheel where four human beings occupy different positions on the rim: the first ascends, the second is enthroned, the third falls and the fourth lays on the ground – from its inception in a 1060-1070 Beneventan manuscript to its diffusion to various media (mural painting, monumental sculpture, mosaic, etc.) as well as its different uses (didactic, emblematic, divinatory). The third section identifies the numerous variations that this fertile pattern has generated over the centuries: Wheel of Life, satirical animal Wheels, Wheel of Vicissitudes of Humanity, etc. The fourth section studies the personification of Fortune which appears in the xiith century before becoming a star of late mediaeval iconography, her figure gracing innumerable manuscripts of Boethius, Jean de Meun, Giovanni Boccaccio or Christine de Pizan. The fifth and final section is devoted to Fortune’s mutation during the Renaissance: changing both form and function, the blind and treacherous goddess of fate gives up her didactic function – and the wheel of examples that comes with it – and becomes a beautiful naked woman with a forelock whose function is propitiatory and use emblematic.

Ce travail a été réalisé en collaboration avec EDF R&D, dans le cadre d’une convention CIFRE-ANRT, l’objectif étant d’améliorer le coefficient de performance de pompes à chaleur thermoélectriques (PACTEs) pour des "Bâtiments Basse Consommation". Les PACTEs présentent de nombreux avantages environnementaux, le désavantage étant leur faible performance. Ainsi l'objectif de ce travail a été d'examiner la possibilité d'améliorer, par nanostructuration les performances des semi-conducteurs utilisés dans les modules thermoélectriques des PACTEs. Nos travaux se sont concentrés sur les solutions solides à base de Sb2-xBixTe3, celles-ci étant, selon l’état-de-l’art, les plus performantes pour l’application visée. La nanostructuration a été réalisée par la technique de trempe sur roue (technique de refroidissement rapide de liquides) de matériaux synthétisés auparavant à l'état liquide dans des tubes en quartz. Les moyens de caractérisation (DRX, MEB, MET, METHR) ont permis de corréler les changements structurels avec la variation des propriétés thermiques et électriques (le pouvoir thermoélectrique, la résistivité électrique, l'effet de Hall, la conductivité thermique) mesurées sur de larges gammes de température (5-460 K). L'influence favorable de la nanostructuration par la diminution de conductivité thermique a été prouvée. Nous avons montré la forte dépendance des propriétés thermoélectriques des matériaux étudiés avec la concentration de défauts et la stœchiométrie. Le dopage avec du Te a été examiné comme une possibilité de contrôler le niveau de la concentration des porteurs de charge. L'idée de créer des niveaux d'impuretés résonantes par un dopage au Sn s’est montrée infructueuse, vraisemblablement en raison de la structure de bande complexe du composé ternaire. Néanmoins, des valeurs du facteur de mérite adimensionel ZT de près de 1,2 ont été obtenues pendant ce travail / This work results from the collaboration between IJL and EDF R&D performed under a CIFRE-ANRT convention, in order to improve the coefficient of performance of thermoelectric heat pumps (THPs). THPs attracted attention of EDF due to its numerous environmental advantages, but the main drawback remains its low performance. The objective of our work was thus to investigate the possibility to enhance the performance of the semiconductors used in the thermoelectric modules of the THPs, by nanostructuration. The research was concentrated on the Sb2-xBixTe3-based solid solutions, the most effective materials for the application sought. The nanostructuration was performed by applying the melt-spinning technique (rapid quenching from a melt on a water-cooled cupper wheel) to the material synthesised beforehand from liquid state in quartz tubes. The means of characterisation (XRD, SEM, TEM, HRTEM) gave the possibility to correlate the structural changes with the variation of the thermal and electrical properties (thermoelectric power, electrical resistivity, Hall effect, thermal conductivity) measured over a wide temperature range (5-460 K). The favourable influence of nanostructuration through the decreasing of thermal conductivity was proved. A high dependence of the thermoelectric efficiency of the studied materials on the concentration of defects and stoichiometry is shown. Doping with Te was investigated as a possibility to control the resulting level of the charge carrier concentration. The idea of creating resonant impurity levels by Sn-doping was shown to be non-conclusive presumably due to the complex band structure of the ternary compounds. Nevertheless, relatively high values of the dimensionless TE figure of merit, close to 1.2, were obtained during this work

Le caractère prédictif des simulations numériques faites pour dimensionner une structure dépend directement de la précision avec laquelle sont introduites les conditions aux limites imposées en service à la structure. Dans le cas d’une roue d’aéronef, les chargements appliqués par les différents pneumatiques qui peuvent être montés sur celle-ci lors des manœuvres au sol de l’aéronef jouent un rôle crucial dans la précision du modèle numérique. Cependant, ces chargements sont complexes et mal connus. Les charges globales appliquées à l’interface pneu-piste sont transférées à la roue au niveau de l’interface pneu-jante grâce au pneumatique, qui est un composant intermédiaire sophistiqué que ne maîtrise pas le manufacturier de roue. La détermination des conditions aux limites directement appliquées à la roue est donc particulièrement difficile et nécessite de faire des hypothèses sur le comportement en déformation du pneumatique. L’approche proposée dans le cadre de ces travaux de thèse consiste à identifier les chargements induits par le pneumatique sur la roue via la mesure de la déformée de cette dernière pour les différents cas de charge envisagés. L’objectif est de permettre au concepteur de la roue de mieux comprendre et de modéliser l’interaction entre le pneumatique et la roue afind’obtenir des simulations numériques plus prédictives. Pour ce faire, une paramétrisation objective des chargements à l’interface pneu-jante, aussi robuste et compacte que possible, est tout d’abord définie. Des mesures non-intrusives par corrélation d’images numériques (CIN) et jauges d’extensométrie, réalisées lors d’un post-doctorat antérieur à ces travaux de thèse, sont ensuite utilisées pour calibrer les paramètres recherchés. Une procédurede recalage de modèle par éléments finis est notamment mise en œuvre. Enfin, la problématique du placement optimal de capteurs est abordée afin de définir une instrumentation permettant de minimiser les incertitudes sur les paramètres à identifier. / The predictive character of numerical simulations run to design a structure critically depends on the accuracy with which the boundary conditions prescribedon the structure are introduced. For aircraft wheel manufacturers, the loadings applied to the wheel during ground maneuvering by various tires that are mounted play an important role. However, they are hardly known apart from the resultant force between the ground and the tire. Aircraft wheel manufacturers do not control the tire, which is a complex intermediate component, but must still work with it to design their products. Because tire-ground loads are transmitted to the wheel through the tire at the tire-rim interface, assumptions on the deformation behavior of the tire are to be made to determine the correct applied loading to the wheel and many experiments are often requiredto evaluate the wheel structural response. The knowledge of tire-rim interface loadings would thus provide an invaluable help to shorten aircraft wheel design processes. To tackle this challenge, an inverse identification procedure of tire-rim loadings for several cases is proposed herein. The aim is to identify the loadings applied by a tire on an aircraft wheel via the measurement of thewheel deformation and to allow the wheel manufacturer to better understand and model the interaction between the wheel and the tire. First, an objective parameterization of tire-rim loadings, which is as robust and compact as possible, is defined. Then, non-intrusive measurements (e.g., displacement fields obtained by Digital Image Correlation analyses, strains at gauge locations) obtained during a previous postdoctoral research are used to calibrate the loading parameters. A finite element model updating algorithmis used to solve this inverse problem. Last, the optimal sensor placement problem is considered to define an instrumentation that yields the most accurate estimâtes of the loading parameters.

Depuis une quinzaine d'années, le véhicule électrique est redevenu une problématique importante dans le domaine du génie électrique. L'objectif est maintenant de concevoir de vrais véhicules électriques exploitant notamment la grande souplesse de gestion de cette énergie. Dans cette optique, nous nous sommes intéressé au moteur-roue car il présente plusieurs avantages, en particulier de compacité de la fonction motrice. Cependant la conception d'un tel système impose de très nombreuses contraintes. Entre autres, il faut modéliser le système dans sa globalité et réaliser un compromis entre la masse du moteur et son rendement afin d'optimiser l'autonomie du système. La structure de moteur-roue retenue dans ce travail est un moteur synchrone à aimants permanents Nd-Fe-B, à structure inversée, à forces électromotrices trapézoïdales et alimenté par un onduleur de tension produisant des créneaux de courant, car cette structure présente à la fois un fort couple massique mais aussi un bon rendement. Pour dimensionner ce système, nous avons proposé une procédure originale et efficace comportant deux phases : − une optimisation de structure sur la base de modèles analytiques ; − une validation du dimensionnement optimal à l'aide d'une analyse fine par des modèles numériques. L'approche globale (batterie, convertisseur et moteur) nécessite des modèles analytiques et numériques de l'ensemble du système dans les trois domaines magnétiques, électromécaniques et thermiques. La procédure d'optimisation utilise le logiciel Pascosma, développé par le Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble, pour programmer automatiquement un logiciel de dimensionnement du moteur-roue modélisé. Les modèles ont été validés sur des moteurs de puissances 30 kW et 200 W et la méthodologie de conception a permis l'amélioration d'un moteur d'assistance au pédalage intégré dans le moyeu d'une roue de vélo, nous avons pu diminuer la masse du moteur de près de 50 % tout en améliorant son rendement de trois points.

L’apparition du véhicule s’inscrit dans l’espace géographique du Proche-Orient ancien qui joue un rôle de premier plan dans la domestication, le dressage et le contrôle des grands mammifères. Dès les origines, à la fin du IVème millénaire, une iconographie se développe en lien étroit avec l’idéologie royale qui s’exprime sous la forme de rites collectifs. La fonction sociale du véhicule est donc privilégiée au dépend d’un rôle dans le transport dont l’importance reste incertaine. Une composante religieuse paraît souvent présente en arrière plan avec, en particulier, la présence de modèles réduits en terre cuite au rôle probablement votif. La production de ces représentations se poursuit au moins jusqu’au premier millénaire avant J.C. avec des thèmes constants : chasse, domination, ennemi piétiné. Un apogée, dans la variété des scènes et des supports, se situe aux DA IIIb. La production globale reste assez irrégulière et semble associée à des sites spécifiques, souvent dans des périodes d’apogée politique. / The appearance of the vehicule in the Ancient Near East occurs in a space who is a leader for the taming, the training and the control of the big mammals. From the origins, at the end of the 4th millennium, an iconography develops linked with royal ideology (with social rituals). The social function is more important than the transport function. There is always a link with religion. Probably terracotta models have a votive function. There are numerous vehicles in the iconography at least until the first millennium BC. The themes are : hunting, domination, trampled enemy. There is a peak of quality in the ED IIIb. Globally the production is irregular: in some powerful estates.

Dans le domaine des machines moléculaires, la recherche d'un système produisant un mouvement orienté fait l'objet d'intenses recherches. Des résultats ont déjà été obtenus en ce sens mais n'exploitant pas le mouvement brownien comme le font les systèmes trouvés dans la nature comme la myosine. Nous proposons donc la synthèse d'une roue à rochet avec pour but de mimer ce phénomène, si besoin avec une activation de faible énergie. La première partie de ce travail a consisté en la conception par modélisation de l'équivalent synthétique d'une roue à rochet, basiquement constituée d'une roue crantée et d'un cliquet en vue d'étudier si une telle molécule pourrait produire une rotation orientée. Ce système est constitué d'un motif bishomoinositol fonctionnalisé en tant que roue et d'un cycloadduit de l'anthracène comme cliquet, liés par des bras espaceurs. La synthèse d'un système modèle dans lequel un motif bicyclo[2.2.2]octane joue le rôle de roue simplifiée a été menée afin de valider les différentes stratégies de synthèse. A cette occasion, une méthode alternative de la synthèse du diacide bicyclo[2.2.2]octanoïque a été mise au point ainsi qu'une méthodologie d'estérification compatible avec cet acide ainsi que le diacide 9,10-anthracènedioïque. Nous sommes ainsi parvenus à obtenir le produit de macrolactonisation, avec de possibles application comme roue de nanovéhicules. La synthèse du modèle a été l'occasion de pointer certaines impossibilités synthétiques au niveau des espaceurs (éthers, amides, triazoles, tétrazoles, alcènes) dans le système original. Un nouveau travail de modélisation a permis d'aboutir à une cible accessible synthétiquement conservant le comportement de roue à rochet. Dans cette optique, la synthèse du bishomoinositol fonctionnalisé par des acides en tête de pont a été entreprise par une première voie incluant ces groupements au départ de la synthèse, une seconde voie introduisant ces groupements en fin de séquence. / In the field of molecular machines, systems producing an oriented motion have been intensely looked for. Results, obtained toward this goal, do not exploit Brownian motion whereas it happens in natural systems such as myosin. Hereby we propose the synthesis of a molecular ratchet aiming to mimic this phenomenon or to be able to act as a molecular motor through low energy activation. The first part of this work consisted in the design by modelisation of a synthetic equivalent of a ratchet, basically consisting of a toothed wheel and a pawl. This study aim at determining if such a molecule could produce an oriented motion by simple Brownian motion. This system is consisting of a functionalized bishomoinositol moiety as the wheel and a cycloadduct of anthracene as the pawl, linked by spacers allowing the adjustment of the energy barriers. The synthesis of a model where a bicyclo[2.2.2]octane moiety plays the role of a simplified wheel has been conducted in order to validate various synthetic strategies. This gave the opportunity to develop an alternative method of the synthesis of the bicyclo[2.2.2]octanedicarboxylic diacid as well as an esterification methodology compatible with the bulkiness or low solubility of both partners. The macrolactonization product could be obtained and opens some possible applications as nanovehicle wheels. The synthesis of the model was the occasion to highlight synthetic limitations concerning the spacers (ethers) in the original system. A new series of targets taking into account the synthetic restrictions while keeping the ratchet behavior were designed. The discovery of another synthetic difficulties (amides, triazoles, tetrazoles and alkenes) yielded a single refined target. Toward this goal, the synthesis of the bishomoinositol functionalized in the bridgehead position was engaged in a first pathway including these functions at the beginning of the synthesis, the second way introducing them on the bishomoinositol at the end of the sequence.

Nous nous sommes attaché à étudier les liens entre propriétés cristallographiques et magnétiques de phases intermétalliques R M-B où R est un élément de terres rares, l'yttrium ou le thorium et M un métal de transition 3d. La présence de bore dans l'environnement atomique des sites de métaux de transition, notamment, agit fortement sur les propriétés magnétiques tant à l'échelle macroscopique que microscopique.<br />Nous apportons une contribution à l'étude des propriétés magnétiques particulières du composé YCo4B, composé modèle et de référence de la famille Rn+mCo3n+5mB2n. L'anisotropie magnétocristalline originale de ce composé est caractérisée à la fois par une réorientation de spin et un processus d'aimantation du premier ordre. Elle s'avère également fort sensible à la pression comme l'ont montré nos mesures magnétiques. La substitution du fer au cobalt dans les composés RCo4B est possible et donne lieu à un schéma préférentiel comme l'illustre nos mesures de diffraction des neutrons. En combinant ces résultats à des mesures magnétiques diverses et de spectroscopie Mössbauer, les propriétés magnétiques de chaque site cristallographique de métaux de transition 3d ont pu être particularisées.<br />Nous avons étudié la solution solide Y1-xThxCo4B et montré l'existence d'une substitution préférentielle du thorium à l'yttrium sur un site cristallographique. Ces deux éléments R non magnétiques ont des effets différents sur les propriétés magnétique des composés. Par comparaison à des études magnétiques sous pression, il a été possible de montrer que ces différences sont principalement dues aux différences de configuration électronique entre le thorium et l'yttrium et peu aux évolutions structurales induites par la substitution.<br />De nouveaux composés de la famille structurale Rn+mCo3n+5mB2n ont été mis à jour récemment. Nous présentons des études des conditions de synthèses et des structures magnétiques de quelques phases R3Co13B2 et R5Co19B6. Le composé Pr5Co19B6 présente notamment des anomalies magnétiques interprétables comme une réorientation de spin à basse température.<br />Nous présentons des résultats d'absorption des rayons X réalisés sur plusieurs compositions de la solution solide CeCo12-xFexB6. Dans cette structure, le cérium présente un état de valence intermédiaire qui évolue notablement en fonction de la teneur en fer. <br />Enfin, nous avons précisé les conditions de synthèse de phases métastables Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14, très riches en fer. Ces structures originales présentent de nombreux types d'environnements atomiques du fer ce qui en fait des composés aux propriétés magnétiques intéressantes. Nous avons notamment montré les évolutions inhabituelles de ces propriétés magnétiques entre les états amorphe et cristallisé de ces alliages.

La circulation des tramways peut produire des vibrations se propageant dans le sol, et induire une gêne pour les personnes résidant et travaillant dans les bâtiments voisins de la voie. Par conséquent, lors de la réalisation d'une ligne de tramway, il est important de considérer ces phénomènes vibratoires. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est double. Premièrement, les procédures expérimentales permettant d'analyser les vibrations générées par le tramway sont présentées, prenant en compte notamment : la vitesse et le type de rame (deux constructeurs), le type de pose (classique ou sur dalle flottante), et les caractéristiques du sol. Le traitement des données expérimentales fournit des informations sur le sol (procédure Sasw), une validation du comportement de la voie (mobilités de transfert voie-sol et réceptance du rail) en comparaison avec les données constructeurs, et l'estimation des efforts dynamiques exercés par les essieux sur les rails (mesures de vibrations sur un bogie porteur). Le second objectif correspond à la validation des modèles numériques (prenant en compte la voie et le sol) pour la prédiction des vibrations générées. Les efforts dynamiques provenant des essieux sont estimés à partir de rugosités simplifiées pour les rails et les roues, ces rugosités étant validées par comparaison avec les mesures. Les équations couplées sont résolues dans le domaine des nombres d'onde, à l'aide de transformées de Fourier (une ou deux dimensions). L'effet de la rotation de la dalle flottante ou d'assise est pris en compte et intervient de façon significative dans la réponse du sol. Étant donné que la précision des amplitudes vibratoires calculées dans le cas d'un passage de tramway est correcte, ce travail peut être utilisé pour l'analyse et la validation de nouvelles lignes de tramways.

Ce travail réalisé dans le cadre d'une collaboration industrielle avec la société ALSTOM Transport porte sur l'étude de la dégradation des voies ferrées urbaines. Les composantes de voie retenus pour cette étude sont le rail et la dalle de voie en béton. Concernant le rail, différents problèmes sont abordés : contact roue - rail, usure du rail, usure ondulatoire du rail, et fatigue de contact de roulement (RCF) du rail. Un outil numérique avec des interfaces graphiques, nommé CONUS, est développé pour le problème de contact roue - rail et le problème d'usure du rail. Des théories classiques (Hertz, Kalker, Archard, etc.) sont implantées dans cet outil. La méthode stationnaire est implantée dans un code de calcul par éléments finis pour étudier l'état asymptotique de l'acier du rail sous le chargement répété des trains. Ceci nous permet de prédire les régimes de RCF du rail. La mécanique de l'endommagement est utilisée pour prédire la fatigue du matériau béton. Le formalisme de Marigo couplé avec le modèle d'endommagement de Mazars permet de modéliser la dégradation progressive de la rigidité du matériau sous chargement cyclique. Une campagne d'essais de fatigue du béton en flexion a été réalisée. Elle a pour but de valider le modèle théorique et d'identifier les paramètres du matériau. Le dimensionnement d'une dalle de voie en béton a fait l'objet d'une application de cette méthode. Le modèle de réseau de poutres (lattice model) a été utilisé pour étudier la propagation des fissures dans les structures en béton. Ce modèle a été implanté dans le logiciel de calcul par éléments finis, CESAR-LCPC. Les résultats numériques (propagation de fissures) obtenus pour les structures simples sous chargement statique sont en tout point comparables avec les résultats d'essais expérimentaux. Ce modèle a ensuite été utilisé pour étudier la fissuration sous chargement de fatigue. Pour cela un modèle d'endommagement simple modélisant la dégradation des éléments "poutres" s'est avéré suffisant pour décrire la cinématique de propagation des fissures