L'interprétation mécanique des essais d'indentation et de rayure est très complexe. La compréhension est encore plus délicate lorsque les essais sont réalisés d'une part sur des polymères, matériaux dont le comportement est complexe, et d'autre part, à l'échelle du micromètre pour caractériser des couches minces (vernis). La simulation numérique des essais permet de mieux les analyser et d'avoir accès à des informations impossibles par d'autres moyens d'essais (traction, compression,....). Notre étude porte sur des polymères thermoplastiques et thermodurcissables renforcés (vernis) ou non par des nanoparticules. La composante élastique est modifiée par le modèle d'Young, la viscosité par une loi de G'Sell Jonas, avec un écrouissage exponentiel. Les paramètres de cette loi sont déterminés par une méthode d'analyse inverse basée sur les courbes force pénétration obtenues par les essais de nano-indentation avec deux indenteurs et des simulations avec Forge 2®. Les thermodurcissables se différencient des thermoplastiques par des coefficients d'écrouissage élevés. Les simulations avec Forge3® de la rayure sur ces polymères avec deux indenteurs montrent des comportements semblables aux comportements expérimentaux : labourage avec une composante de déformation élastique importante pour les thermodurcissables, conduisant à la formation de dépression au contact de l'indenteur. Nous avons mis en évidence qu'un matériau avec un fort écrouissage a une dureté très élevée et des endommagements très faibles, ce qui est vérifié expérimentalement et explique les performances de résistance à la rayure des vernis.

Le génome du VIH-1, l'agent responsable du SIDA, est composé de deux molécules identiques d'ARN liées de façon non-covalente par une région de leur extrémité 5'. Il a été montré que la tige-boucle SL1, localisée dans cette région, était capable d'initier cette dimérisation. La dimérisation constitue une étape clé du cycle de réplication du virus et fait intervenir deux types de complexe de SL1 : un « kissing-complex » et un complexe en forme de double hélice contenant deux boucles internes. Plusieurs structures contradictoires ont été publiées pour ces deux complexes, et différents mécanismes de transition entre ces complexes ont été envisagés jusque là. Ce travail a permis d'étudier la stabilité des différentes structures publiées, et en particulier de faire ressortir de l'ensemble des structures de « kissing-complex » publiées une conformation plus probable. Parallèlement, l'étude du mécanisme de transition a mis en évidence une structure intermédiaire dans ce processus. Ce travail constitue un ensemble d'informations qui pourra par la suite être utilisé pour la conceptions d'inhibiteurs de la dimérisation.

L'industrie de la mise en forme utilise de plus en plus les codes de simulation numérique afin de minimiser les temps de conception et les coûts de mise au point des outillages. Le frottement, qui influence fortement le résultat de la mise en forme, est généralement modélisé par un coefficient de frottement de Coulomb constant. La validité de cette description sommaire du comportement tribologique du triplet tôle-lubrifiant-outils est discutée dans ce mémoire. Dans une première partie relative au procédé d'emboutissage, l'utilisation du tribomètre plan-plan est étendue à la caractérisation de la transition statique-dynamique. Cette nouvelle procédure d'essai met en évidence un niveau de frottement statique plus élevé que le frottement dynamique dans toute la gamme de pressions de contact explorée et pour des tôles d'aciers nus et revêtus. L'influence du frottement statique et plus généralement d'un frottement local et évolutif sur le résultat de la mise en forme est discutée à travers différentes modélisations calées sur les résultats de tribométrie et implémentées dans des codes de calculs par éléments finis (FORGE2® et ABAQUS®) : Une modélisation de la transition statique-dynamique comme fonction de la longueur de glissement, met en évidence l'influence du coefficient de frottement statique sur le retard à l'avalement du flan sous le serre-flan et sur la répartition des épaisseurs dans les zones de faibles glissements relatifs sous le poinçon. Une modélisation du frottement comme fonction de la vitesse de glissement et de la pression de contact permet de prendre en compte de manière réaliste l'influence de l'hétérogénéité de ces paramètres du contact. Pour des vitesses d'emboutissage croissantes, l'écart entre les résultats à frottement constant et variable décroît. La discrétisation du frottement par zone, le frottement sous le poinçon étant plus élevé que sous le serre-flan, permet une réduction sensible de l'erreur commise avec l'utilisation d'un coefficient de frottement constant pour tous les outillages. Le modèle de Devine qui décrit l'histoire microscopique du contact (interactions microplastiques, aspects hydrodynamiques) a été généralisé. C'est un modèle alternatif intéressant qui en outre permet d'estimer l'évolution du frottement local avec l'arasement des plateaux et une approche de l'avarie de contact. La seconde partie est dédiée à l'étude du frottement en hydroformage de tubes. Nous développons un essai de caractérisation du frottement et l'appliquons à des tubes en alliage d'aluminium 6060. Le coefficient de frottement de Coulomb varie entre de très faibles valeurs (0,03) pour des graisses à des valeurs beaucoup plus élevées (0,3) pour des huiles ou des lubrifiant solides. Des simulations par éléments finis mettent en évidence l'influence majeure de cette gamme de coefficient de frottement sur la distribution d'épaisseur en déformation plane.

Dans les turbomachines et plus particulièrement dans les inducteurs, la cavitation reste un sujet de préoccupation majeure. L'évolution rapide de l'industrie des turbomachines combinée aux récents progrès réalisés en CFD, permettent une investigation, une analyse et un diagnostic numériques de ces machines par une meilleure connaissance des caractéristiques des écoulements dont elles sont le siège. La cavitation est un phénomène physique qui apparaît fréquemment dans les machines hydrauliques soumises aux conditions d'aspiration spécifiques. Elle entraîne plusieurs effets non souhaitables dans les systèmes industriels où elle a lieu. On peut mentionner le bruit généré, l'érosion, la perte de performances de la machine et les vibrations. Dans ces travaux, diverses études numériques et expérimentales, permettant l'analyse de l'écoulement cavitant stationnaire et instationnaire dans les inducteurs axiaux ont été réalisées. L'identification des instabilités de type cavitation alternée et cavitation tournante a été poursuivie.

Le trempage est un procédé permettant de retirer autour d'un objet ou d'un moule une fine couche de matière après immersion de ce dernier dans un bain de liquide. Ce procédé est largement employé dans diverses industries telles que dans des applications protectrices ou de décorations ou encore pour obtenir des objets de formes creuses (implants mammaires, gants, préservatifs ou gélules). L'avantage du trempage est qu'il est très simple d'utilisation ; cependant, il est difficile de contrôle l'épaisseur extraite et sa répartition autour de l'objet. L'objectif de cette thèse est de modéliser numériquement ce procédé pour ensuite être capable de prédire l'épaisseur extraite et sa répartition autour du moule. Pour cela, la modélisation s'est faite en résolvant les équations mécaniques et thermiques dans le bain à l'aide d'une approche Lagrangienne par éléments finis accompagnée de remaillage. La tension de surface, force importante puisqu'elle permet entre autre d'éviter des instabilités en surface, a été intégrée grâce à une méthode basée sur la reformulation de la courbure à l'aide de l'opérateur de Laplace-Beltrami. Pour enrichir la modélisation, une série d'expérimentation ont également été menées pour caractériser les fluides employés.

Le coefficient de couplage électromécanique (CCEM) est un paramètre essentiel pour la description des matériaux piézoélectriques, il traduit la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique et vice versa. Ce coefficient de couplage est étudié et déterminé dans le cadre de cette thèse pour des céramiques piézoélectriques. Ces dernières sont utilisées pour trois structures différentes ; la première structure étudiée est constituée d'une poutre longue et mince avec des petits patchs collés symétriquement sur les deux faces de la poutre en Aluminium, la seconde structure se compose d'une poutre courte et épaisse avec deux grands patchs. La dernière structure étudiée est une plaque composite multicouche du type aéronautique avec un seul grand patch. Ces trois structures ont été étudiées afin de déterminer le coefficient de couplage électromécanique effectif qui est considéré comme un indicateur de performance de l'amortissement passif shunté. Ce coefficient de couplage a été évalué de différentes manières en utilisant différents paramètres dont les conditions limites électriques, les propriétés élastiques des patchs, les propriétés modales de la poutre seule ainsi que les facteurs de couplages piézoélectriques. Une première étude expérimentale a été menée sur la poutre longue pour deux types de configurations en court circuit et circuit ouvert pour identifier ses propriétés modales. La poutre longue a été simulée pour deux types de polarisations, identiques et opposées, et simulée dans les deux codes Ansys® et Abaqus®. L'influence de la condition d'équipotentielle sur le coefficient de couplage a été étudiée. Une seconde campagne expérimentale et numérique sur une autre structure a été nécessaire pour valider les résultats obtenus. Pour pouvoir atteindre cet objectif, il était nécessaire de travailler sur une structure plus courte et plus rigide. Ainsi, la poutre courte a été simulée dans Ansys® et les résultats obtenus ont confirmé la nécessité de prendre en compte l'équipotentialité sur les faces des patchs. Cette condition a pour effet de réduire le couplage électromécanique et parfois de découpler certains modes. L'écart résultant de la corrélation expérimentale / numérique des deux poutres instrumentées a incité à recaler les modèles numériques. Ce recalage peut se présenter sous trois formes : mécanique en remplaçant l'encastrement par des ressorts linéaires, électrique en remplaçant les capacités fournies par le fabricant par les valeurs mesurées expérimentalement et électromécanique en utilisant les deux recalages précédents simultanément. Les deux poutres ont ensuite été simulées en déformations planes et contraintes planes et recalées afin d'approcher les résultats expérimentaux. L'étude de ces deux structures a permis de confronter les différentes méthodes d'évaluation du CCEM effectif, d'évaluer l'influence de l'équipotentialité sur les faces des électrodes et de comparer les simulations bidimensionnelles aux tridimensionnelles. Une plaque composite multicouche du type aéronautique a été ensuite étudiée pour généraliser la méthode d'évaluation du CCEM effectif pour les structures minces composites. La plaque seule a d'abord été simulée dans Ansys® pour valider le modèle numérique. Des tests sur la structure adaptative ont ensuite été menés pour l'évaluation du CCEM expérimental. La position choisie du patch a été déterminée par une analyse de l'énergie de déformation de la plaque seule pour les modes d'intérêt. Cette méthode de placement du patch s'est avérée efficace dans le sens où elle a conduit à des CCEM effectifs élevés pour certains modes de la bande de fréquence retenue.

Dans le cadre de la prédiction du risque fracturaire associée à diverses pathologies, comme l'ostéoporose, cette étude vise à une meilleure compréhension du comportement mécanique de l'os cortical humain, notamment à l'échelle de la microstructure, et, en particulier, du processus biologique de remodelage osseux. Ce phénomène permet, en effet, le renouvellement continuel de la microstructure au cours du temps et contribue ainsi à une diminution de l'endommagement de l'os et, par conséquent, des risques de fracture. Les facteurs déterminants et les conséquences sur les champs mécaniques locaux au sein de la microstructure sont ici recherchés. Une approche couplée, expérimentale et numérique, est proposée. Huit spécimens de fémurs humains, de sexes féminins, âgés de 74 à 101 ans sont analysés. L'analyse expérimentale est réalisée à différentes échelles. A l'échelle macroscopique, le module de Young et les paramètres à la rupture sont déterminés via des essais de compression et les relations potentielles avec les caractéristiques morphométriques, que sont l'âge, la porosité et la densité minérale, sont évaluées. L'analyse de l'évolution des champs de déformations locaux au cours de ces essais de compression et des essais de nanoindentation permet d'accéder à des échelles plus fines (micro- et nanoscopique) afin d'apprécier l'hétérogénéité de la microstructure. On s'intéresse plus particulièrement à l'endommagement de l'os et à l'étape d'initiation de microfissures ainsi qu'à l'hétérogénéité du module de Young. Macroscopiquement, le paramètre le plus influent semble être la porosité. Microscopiquement, les paramètres mécaniques recueillis, notamment les valeurs de déformations pour lesquelles l'os commence à se fissurer, sont intégrés dans les simulations numériques. Un scénario simplifié du remodelage osseux est alors mis en place au sein des microstructures étudiées expérimentalement et, par ailleurs, supposées endommageables. Une loi d'évolution de l'endommagement est introduite et fait l'objet d'un travail d'homogénéisation temporelle afin de considérer l'endommagement par fatigue. Les facteurs d'activation du remodelage et l'évolution des champs mécaniques au cours du processus sont, en particulier, étudiés. L'interaction du phénomène biologique et du comportement mécanique, à l'échelle de l'ostéon, est ainsi mise en évidence.

Certains produits mal dimensionnés occasionnent des inconforts pour leurs utilisateurs. Plusieurs exemples sont répertoriés, notamment dans le domaine des produits médicaux, de l'aménagement des postes de travail, du mobilier de bureau et des habitacles de véhicule industriel. Le choix des ouvrages (tables, abaques, logiciels) utilisés par les concepteurs pour dimensionner semble être à l'origine de décisions erronées. L'étude vise à analyser la cohérence des ouvrages et logiciels anthropométriques offerts aux designers industriels en comparant leur nature, contenu et format. Les mesures de segments anatomiques de différentes bases de données anthropométriques anciennes et récentes, puis civiles et militaires, et de trois logiciels avec modules anthropométriques ont été comparées. Plusieurs manipulations de représentations digitales humaines (RDH) ont été effectuées pour analyser les écarts de mesures selon leur apparence, leur mode de construction et la distribution de la masse adipeuse. En accord avec les travaux de Stoudt, les résultats montrent que la stature des Nord-américains a augmenté de près de 40 mm en 42 ans. Des écarts importants de mesure entre les différentes sources sont aussi observés (20 à 97 mm). Ces écarts sont liés entre autres à l'immigration et l'obésité (poids, largeur des épaules, les circonférences de la poitrine, de l'abdomen et des hanches, la largeur au bassin et la longueur de la cuisse). Les résultats montrent également des écarts importants entre les données civiles et militaires, notamment plus de 40 mm pour les jambes. Sachant que les données offertes par les abaques et les logiciels anthropométriques sont d'avantages militaires et qu'elles datent, les concepteurs peuvent prendre des décisions erronées s'ils dimensionnent des produits pour des civils de demain. La manipulation des logiciels anthropométriques (RDH) montre également plusieurs incohérences, notamment sur le plan de la distribution de la masse graisseuse. L'offre anthropométrique actuelle ne peut permettre aux designers industriels d'établir en amont du projet des dimensions précises permettant d'inclure un nombre élevé d'utilisateurs. Pour favoriser un meilleur dimensionnement, il faut développer des outils ou méthodes permettant aux designers de générer des représentations frontières (personas) finement calculées et surtout près du réel. De plus, pour élaborer des outils en meilleure adéquation avec leur pratique, une analyse de l'activité des designers industriels s'avère nécessaire pour mieux comprendre comment et quand ils dimensionnent. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Biométrie, Anthropométrie, Dimensionnement, Designers industriels, Représentations digitales humaines (RDH), Développement de produit.

Les Modèles Régionaux du Climat (MRC) ont longtemps été considérés comme des outils performants, de haute résolution à aire limitée permettant une meilleure compréhension du climat passé, présent et futur. Le plus souvent, les MRC sont pilotés à leurs frontières latérales par des Modèles Globaux du Climat (MGC) de basse résolution, et qui couvrent le reste du globe terrestre. Ces modèles ont la particularité de reproduire différentes solutions de l'état de l'atmosphère à cause de leur sensibilité aux conditions initiales (CI). Outre la solution due aux forçages externes (forçage aux frontières latérales et le forçage de surface), les MRC reproduisent une seconde solution associée à la variabilité interne (VI) du modèle du fait de leur sensibilité aux CI. Cette sensibilité est en grande partie causée par la nature non-linéaire de la physique et la dynamique atmosphériques. À l'instar de précédentes études, nous analysons la variabilité interne du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) en utilisant un ensemble de simulations aux CI différentes. Ce projet de recherche consiste à effectuer un diagnostic quantitatif des termes dynamique et diabatique qui contribuent à la variation temporelle et la distribution spatiale de la VI. L'originalité de ce travail est qu'il propose des équations bilans de la VI pour deux variables atmosphériques: la température potentielle et le tourbillon relatif. Les deux équations établies présentent des termes similaires, notamment les termes relatifs au transport de la VI par l'écoulement de la moyenne d'ensemble et la covariance des fluctuations agissant sur le gradient de la moyenne d'ensemble de la variable considérée. Concrètement, nous avons utilisé un ensemble de 20 simulations aux CI différentes pour analyser les caractéristiques de la VI, afin de déterminer une période et une région d'intérêt caractérisées par une forte croissance de la VI. Ensuite, nous avons validé les équations établies en montrant l'égalité entre les deux parties de chaque équation. Enfin, une étude de bilan a permis d'évaluer la contribution des différents termes au développement et à l'évolution de la VI. Les résultats révèlent que les termes dominants responsables de l'accroissement de la VI sont soit les termes de covariance impliquant les fluctuations de température potentielle et de chauffage diabatique, ou les termes de covariance de fluctuations inter-membres agissent sur le gradient de la moyenne d'ensemble de la variable considérée. Les résultats révèlent également que les épisodes de fortes diminutions de la VI se produisent lorsque les maxima de la VI sont proches de la frontière nord-est, indiquant leur transport en dehors de la zone d'étude par l'écoulement moyen. Enfin, nos résultats ont montré qu'en moyenne, les termes du troisième ordre sont négligeables, mais peuvent devenir importants lorsque la VI est importante. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Équation de la variabilité interne, modèle régional de climat, ensemble de simulations, climat de l'Amérique du Nord

Les cyclones extra-tropicaux constituent un élément important du climat, particulièrement dans les régions continentales situées aux latitudes moyennes et élevées. Selon les études basées sur l'usage des modèles mondiaux du climat, une hausse de la concentration du CO2 pourrait mener à un abaissement du nombre de cyclones extra-tropicaux et à un renforcement de leur intensité. Le but de ce projet a été d'examiner l'effet du changement climatique sur le comportement des cyclones tels que simulés par le modèle couplé (atmosphère-océan) canadien (MCCG3). L'approche utilisée ici afin d'accomplir les objectifs est la suivante. D'abord, les cyclones extra-tropicaux ont été identifiés et tracés, aux 6 heures, à l'aide de l'algorithme de Sinclair (1997). Par la suite, les statistiques d'un ensemble de trajectoires sur 30 ans simulés sont calculées. Dans le cadre de l'évaluation du MCCG3, l'analyse a été effectuée pour la période de 1961 à 1990, dans l'hémisphère Nord (au nord du 200 N). En général, nous avons constaté que les résultats du MCCG3 concordent très bien avec ceux des ré-analyses ERA-40. Par contre, la comparaison entre les statistiques calculées sur la période du climat récent et celles du climat futur (2041 à 2070), a montré qu'il n'y a pas de changements importants de l'activité des cyclones hivernaux en Amérique du Nord, en réponse aux changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cyclones, tourbillon, trajectoires, ré-analyses, modèle, climat, variabilité.