Le but de cette thèse est de mesurer le comportement rhélogique de la neige en écoulement et de comprendre les mécanismes physiques qui le contrôle. Pour répondre à cette double attente, deux approches complémentaires sont abordées : les écoulements expérimentaux de neige naturelle et les simulations numériques discrètes d'écoulements granulaires. La particularité des expériences est qu'elles se déroulent en haute montagne. Elles consistent à générer des écoulements de neige naturelle dans un canal à pente et débit contrôlés. Les mesures de profil de vitesse révèlent un comportement rhéologique atypique. Pour comprendre l'origine de ce comportement à l'échelle des grains de neige, nous avons simulé (méthode de dynamique moléculaire) des écoulements de grains cohésifs d'une part, et polydisperses d'autre part. Les géométries du cisaillement plan homogène et le plan incliné rugueux permettent d'identifier l'effet de la cohésion ou de la polydispersité sur le comportement rhéologique des grains, et de le comparer à celui de la neige.

Dans les procédés de coagulation/filtration, la récupération des agrégats dans la phase liquide est une étape cruciale pour l'efficacité de la séparation. Une problématique liée à la filtration est qu'en réponse à la contrainte appliquée, le dépôt formé en surface du filtre peut s'effondrer, impliquant une diminution de sa porosité et perméabilité. L'objet de ce travail a été d'étudier les mécanismes de restructuration de dépôts à travers une approche expérimentale multi-échelle afin d'améliorer la maîtrise de leurs propriétés de filtration. Les propriétés mécaniques et structurales de dépôts obtenus à partir de dispersions colloïdales de silice (Ludox et Klebosol) agrégées par un polycation Al137+ ou un cation divalent Ca2+ ont été analysées par DPAN et MET. Ces investigations ont permis de décrire l'effondrement d'un dépôt suivant un mécanisme de restructuration général contrôlé par la force des liaisons. L'étude menée sur l'impact de la restructuration sur les propriétés de filtration des dépôts a montré que la compressibilité et la perméabilité d'un dépôt dépendent principalement de la résistance à la rupture des liaisons interparticulaires plutôt que des propriétés fractales initiales des agrégats.

Nos travaux concernent la conception de produits dans les phases préliminaires, ou préconception de produits, se trouvant dans la littérature sous l'expression de conceptual design, à la croisée entre les domaines de l'Intelligence Artificielle appliquée à la conception, la conception intégrée et simultanée, les théories de la conception et les méthodologies industrielles du type Analyse de la Valeur.<br />Dans un premier temps, nous avons proposé des modèles enrichis de cahier des charges. Il s'agit de modèles fonctionnels d'objectifs et de satisfactions (ou préférences) relatifs à un produit, à ses services associés et à son projet de conception-industrialisation, en tachant de tenir compte des aspects : incertitude, contexte, multi-acteurs et évolution.<br />Dans un deuxième temps, nous avons travaillé à la façon de traduire ces objectifs de produit en concepts de solutions (ou architectures) de manière la plus automatisée qui soit : par des méthodes de synthèse, ou par des méthodes semi-automatiques qui, loin de prendre la place des concepteurs, leur permettent au contraire de disposer d'outils de conception génériques leur donnant les moyens de se consacrer à des taches de créativité. Nous avons notamment contribué à développer une méthode de synthèse de concepts en allocation spatiale (technique de programmation par contraintes) et des méthodes de synthèse de concepts de mécanisme plan (techniques de réseau de neurones, de multi-agents, de conception basée sur les cas).<br />Dans un troisième temps, lorsque des concepts ont été proposés, il faut savoir évaluer leurs performances, la difficulté résidant d'une part dans la définition grossière d'un concept et donc dans leur aptitude à représenter des classes entières de produits solutions, et d'autre part dans l'absence de conception de détail. Le raisonnement à partir de modèles incomplètement définis occupe une part importante de nos travaux. Des méthodes issues de la physique qualitative ont été développées, et la modélisation des performances a été abordée de manière probabiliste et floue ainsi que de manière approximée par des techniques de métamodélisation. <br />Enfin, nous avons abordé la mesure de l'adéquation des performances d'un concept avec le cahier des charges, pour un produit générique, de manière à développer des fonctionnalités de suivi des performances, des coûts et des risques dans la phase de préconception, ainsi que des fonctionnalités d'aide à la reconception et à l'optimisation des concepts (méthodes basées sur la physique qualitative ou sur une simulation de type Monte-Carlo).

Le magnésium et ses alliages sont de plus en plus utilisés dans les transports pour leur faible densité (1,7), et on cherche à les utiliser sous la forme corroyée. De structure hexagonale compact, le magnésium est très anisotrope et faiblement ductile à froid. La déformation est contrôlée par l'activation de systèmes de glissement et de maclage, seuls le glissement basal et le maclage de traction sont actifs à froid, alors qu'à chaud sont activés les glissements prismatique et pyramidal , et le maclage de compression. Nous avons élaboré des monocristaux de magnésium pur de différentes orientations pour mesurer les contraintes de cission résolues critique (CRSS) des différents systèmes par des essais de compression plane à des températures allant de l'ambiante à 450°C. En parallèle nous avons développé un code de plasticité cristalline pour modéliser la déformation de cristaux contraints, ce programme est basée sur la loi de Schmid et le principe du travail maximum, ce qui permet de prédire les systèmes de déformation activés et la contrainte nécessaire, en fonction des CRSS. Nous avons aussi testé le modèle pour prédire le comportement de l'alliage polycristallin AZ31.

Dans les milieux aquatiques, les facteurs liés à l'hydrodynamique et au mélange aux échelles de la turbulence sont déterminants pour le transport des substances chimiques et des micro-organismes. Ce travail s'intéresse à ces phénomènes physiques et se situe à la frontière entre la limnologie physique et l'océanographie physique, au travers de l'étude de deux cas : le lac Pavin (Auvergne, France) et la région d'upwelling au large du Pérou. Un des intérêts de ce travail réside dans le changement d'échelle de l'observation de milieux naturels aquatiques allant de l'échelle millimétrique (étude de la microstructure dans le Lac Pavin) à l'échelle de la centaine de kilomètres (étude des ondes de Rossby). Le Lac Pavin est le seul lac méromictique français, ce qui signifie que le compartiment inférieur du lac ne se mélange pas annuellement. La méromicticité concerne pourtant bien d'autres bassins, plus connus et plus vastes comme la Mer Noire, la Mer Caspienne, le lac Baïkal, d'où son importance écologique. Sa méromicticité lui confère des propriétés physiques particulières, étudiées dans le cadre de cette thèse. L'étude de la variabilité du mélange diapycnal à différentes échelles de temps et d'espace dans le lac Pavin au travers de mesures de microstructure et de surveillance en continu des principaux paramètres physiques a conduit à mettre en évidence la variabilité de la stabilité de la colonne d'eau à l'échelle interannuelle. Par ailleurs, les propagations d'ondes internes de gravité sont étudiées dans ce cadre particulier à l'aide d'un modèle linéaire bidimensionnel. Elles génèrent des mouvements advectifs verticaux importants dans toute la colonne d'eau dont il faut tenir compte dans les protocoles d'échantillonnage chimiques ou biologiques. Enfin, une intrusion sous lacustre semble avoir une grande importance dans la détermination de la profondeur du mélange hivernal et le maintien de la méromicticité. La zone de l'upwelling du Pérou est parmi les plus poissonneuses au monde. Elle est caractérisée par une forte productivité primaire, observable par satellite. L'observation des ondes de Rossby a permis de mettre en évidence qu'elles génèrent plus de 50% de la variabilité observée à l'échelle intra saisonnière sur la concentration en chlorophylle de surface, à distance des côtes. Les ondes transportent la chlorophylle vers le large et participent à la détermination de l'extension de la zone de forte productivité primaire. A travers des mesures variées allant de la microstructure à l'observation satellite et grâce à l'utilisation de modèles conceptuels, la thèse met en évidence l'influence certaine des facteurs hydrodynamiques sur l'organisation des paramètres biogéochimiques de ces deux écosystèmes

GdBaCo2O5+δ a été présenté récemment comme un matériau de cathode potentiel pour pile à combustible à oxyde solide. Cependant, sa réactivité chimique avec la zircone yttriée et son fort coefficient de dilatation constituent une limite importante à son utilisation. L'objet de ce travail est l'étude des composés GdBaCo2 xMxO5+δ (M = Ni, Fe, x = 0, 0.1, 0.2...) i.e. substitués au fer et au nickel pour objectif d'améliorer les propriétés du composé original pour l'application pile à combustible. Tout d'abord, différentes méthodes de synthèse ont été essayées et comparées, les méthodes par voie chimique montrant un net avantage pour l'obtention de taux de substitution élevés. Les propriétés physico-chimiques des matériaux synthétisés ont été caractérisées. Si la structure des composés évolue avec la nature et le taux du substituant, les propriétés de ces composés en termes de conduction électronique ou d'évolution du contenu en oxygène sont relativement constantes. Finalement, les performances électrochimiques de plusieurs compositions sous forme d'électrodes poreuses ont été testées avec différents types d'électrolytes. Les résultats montrent que la substitution n'apporte rien pour ce qui concerne la dilatation des composés et par ailleurs ne semble pas améliorer significativement les performances électrochimiques.

Les travaux de recherche menés dans cette thèse représentent une méthodologie de travail pour contribuer à l'étude du comportement dynamique non linéaire du système M - O - P en fraisage. Cette méthodologie est orientée selon les objectifs principaux relatifs à cette thèse. En effet, la recherche bibliographique réalisée a permis de donner un aperçu sur les travaux existants dans ce cadre et d'identifier les phénomènes vibratoires générés par la dynamique de coupe et les mécanismes d'instabilité mis enjeu. En fait, le processus de coupe génère, selon le cas, deux formes de vibrations : les vibrations forcées et les vibrations auto - entretenues. Dans une première approche, nous avons développé un modèle masse - ressort (à deux degrés de liberté) du système O - P pour étudier et analyser le comportement dynamique de la cellule élémentaire en fraisage. Ce modèle a permis d'examiner l'influence de la profondeur de passe sur la stabilité de la coupe. Cependant, ce modèle semble être insuffisant pour quantifier avec précision les vibrations en fraisage car les sources vibratoires générées par la dynamique de la machine ne peuvent être négligées. Dans une deuxième approche, nous avons modélisé le système globale Machine - Outil - Pièce. En effet, un modèle numérique basé sur la méthode de sous-structuration par éléments finis de l'ensemble M - O - P a été développé. Cette modélisation permet de tenir compte de l'effet de l'inertie des différents éléments tournants de la fraiseuse, de la structure de la machine et de la forme de l'outil. Nous avons ainsi réalisé des simulations du comportement dynamique global de l'opération du fraisage. L'influence de différents paramètres sur l'effort de coupe tels que l'avance, la profondeur de passe, les réponses dynamiques suivant les trois axes a été étudié. Cette étude a permis de conclure que ces paramètres sont fortement affectés par l'usinage. Pour compléter cette étude numérique, une étude expérimentale a été menée afin d'étudier l'influence de différents paramètres de coupe. En effet, la méthodologie expérimentale développée a mis en évidence les paramètres les plus importants qui influent sur le comportement dynamique globale du système M - O - P. Cette étude expérimentale a nécessité le développement d'un plan d'expérience complet pour pouvoir définir les paramètres d'entrées/sorties et organiser les essais à effectuer. L'analyse des résultats a permis de détecter l'influence de l'avance et de la profondeur de passe sur le niveau des vibrations générées. Le bilan de ces résultats a mis le point sur les niveaux extrêmes des variables provoquant le niveau vibratoire le plus élevé. De plus une confrontation entre les résultats expérimentaux et numériques a été effectuée et a montré une bonne concordance.

La recherche de vie extraterrestre et en particulier de vie sur Mars est devenue un des enjeux majeurs des prochaines explorations spatiales. Dans ce cadre, la recherche de molécules organiques et l'étude de leur énantiomérie pourrait permettre d'obtenir les premiers indices en faveur d'une présence passée ou présente de vie sur cette planète. En effet la vie telle que nous la connaissons est uniquement basée sur des acides aminés L et sucres D. Ces molécules organiques et leur éventuel excès énantiomérique pourraient avoir été conservés dans les conditions martiennes. La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG-SM) est actuellement la technique analytique spatialisable la plus pertinente pour la détection de composés organiques volatils. Afin de rendre volatils les composés réfractaires tels que les acides aminés, nous proposons une fonctionnalisation chimique au diméthylformamide diméthyl-acétal (DMF-DMA). Cette fonctionnalisation couplée à une séparation chromatographique sur une colonne chirale est une technique parfaitement adaptée à la séparation énantiomérique et à la spatialisation. Nous avons donc mis au point une méthode de fonctionnalisation des molécules organiques chirales par l'agent de méthylation DMF-DMA afin de séparer les énantiomères et de les étudier in situ en CPG-SM lors des futures missions martiennes. Cette technique d'analyse des molécules réfractaires chirales a ensuite été adaptée à une utilisation spatiale. Ainsi, la méthode d'analyse est constituée d'un four réactionnel dans lequel l'échantillon solide estplacé, les molécules d'intérêt exobiologique sont ensuite successivement extraites et fonctionnalisées au DMFDMA pour être analysées en CPG-SM. Les résultats ont permis de montrer qu' à partir d'une faible quantité de sols d'analogues martiens (50 mg de sol du désert d'Atacama, Chili) et après optimisation de chacune des étapes, plusieurs types de molécules organiques présentes à l'état de traces ont pu être détectées, telles que des acides aminés, des acides carboxyliques et des bases nucléiques. Parmi ces molécules chirales, plusieurs ont pu être séparées selon leur forme énantiomérique. Le protocole est élaboré dans les limites technologiques et opératoires d'une analyse spatiale ; chaque étape est pensée pour un usage robotisé. Nous avons ainsi développé une expérience globale, sensible et robuste, totalement compatible avec les exigences d'une analyse in situ. C'est la raison pour laquelle cette expérience sera intégrée sur la prochaine mission martienne Exomars 2016/2018 afin de rechercher des traces de matière organique à la surface et en subsurface de Mars. La découverte d'un excès énantiomérique, voire d'une homochiralité, apporterait des indices forts quant à la présence d'une vie passée ou présente sur la planète rouge.

L'augmentation continue de la capacité d'intégration d'une part, la complexité croissante des applications embarquées d'autre part, ont conduit aux systèmes sur puce (SoC) puis aux systèmes multiprocesseurs sur puce (MPSoC). Le problème fondamental associé à ces systèmes sur puces de grande taille est celui des méthodologies de conception et de la crise de productivité en résultant ne permettant pas d'exploiter de manière efficace ces circuits. Cette crise de productivité est le résultat d'approches ad-hoc et manuelle de la conception alors que le problème doit être posé comme un problème d'optimisation multi-objectif dont la résolution doit faire appel à des techniques d'optimisation automatique. Dans cette thèse, nous présentons une méthodologie de conception pour les systèmes multiprocesseurs sur circuits logiques programmables, dont l'originalité porte sur trois aspects : (1) l'exploration évolutionnaire multi objectif de l'espace de conception afin de mener une recherche intelligente, (2) l'utilisation des circuits logiques programmables de grande taille pour l'évaluation rapide par émulation largement supérieure à la simulation, et enfin (3) l'utilisation de la synthèse MPSoC depuis un langage de programmation parallèle haut niveau (Occam) et de la prise en compte du monitoring sur puce. Des cas d'études sur circuits ont démontré l'efficacité d'une telle méthodologie pour résoudre le problème de la crise de productivité de la conception.

Les progrès dans les techniques de conception et dans la technologie des semi-conducteurs ont permis l'intégration de systèmes embarqués de complexité croissante sur une puce, les systèmes sur puce (System on Chip - SOC). Les piliers de la stratégie adoptée pour atteindre ce résultat sont les suivants: (1) la réutilisation de composants (IP), (2) l'utilisation de plateformes, (3) l'abstraction. L'ensemble de ces techniques permet de concevoir des systèmes complets pouvant répondre aux besoins d'applications complexes et déterministes. Cette situation change si les applications visées sont diverses dans leur comportement à l'exécution en termes d'utilisation de ressources et si de plus chaque application elle même présente un caractère variable à l'exécution. Cette variabilité de la charge de travail va à l'encontre des méthodologies actuelles qui considèrent que toutes les informations relatives aux applications sont connues de manière statique et que donc toutes les décisions de partitionnement logiciel-matériel, et d'allocation de ressources ainsi que d'ordonnancement le sont aussi. Dans cette thèse nous proposons une nouvelle approche pour la conception de systèmes sur puce avec charge variable. Le problème est posé comme un problème de contrôle adaptatif avec prédicteur dynamique de charge de travail. La première partie de la thèse se focalise sur l'extraction automatique des différentes caractéristiques qui favorisent l'introduction d'un aspect adaptatif dans l'architecture d'une application et la résolution du problème de la prédiction de grandes séries de temps résultant de la capture de la variabilité de charge. Nous présentons les réseaux de neurones récurrents connus comme des approximateurs universels capables de modéliser un phénomène dynamique non linéaire et les appliquons à la prédiction dynamique de charge dans les Systèmes sur Puce. Les aspects théoriques fondamentaux ayant été fixés dans la deuxième partie de la thèse nous évaluons le coût en surface de l'implémentation d'un prédicteur par une exploration automatique multiobjective puis évaluons ses performances dans une plateforme SOC modélisée en SystemC TLM. Ces travaux ont été validés sur une application industrielle multimédia JPEG-2000. Il en découle un traitement adaptatif en nombre de ressources résultant en une meilleure efficacité de l'utilisation du circuit et une meilleure performance comparée a une architecture fixe.