Les réseaux électroniques basés sur Internet ont beaucoup accéléré la circulation de l'information dans notre société moderne, mais on commence à voir que les échanges d'information s'effectuent d'abord dans le cadre de réseaux sociaux. Le Web comporte également une structure en réseau, mais celle-ci est assez particulière. Ces différents types de réseaux d'information montrent à la fois des caractéristiques communes et des spécificités dont il convient de tenir compte. Pour des raisons à la fois techniques, sociales et économiques, il est donc utile de chercher à modéliser les réseaux par lesquels circulent information et connaissances. En nous inspirant des acquis importants en sociologie structurale et en analyse mathématique de réseaux, nous avons développé une approche de modélisation des réseaux par simulation. Nous avons tout d'abord développé un langage de modélisation qui se veut le plus flexible possible tout en demeurant simple et abordable pour des utilisateurs variés. Pour ce faire, nous nous sommes inspirés de modèles existants de la littérature et avons tenté d'en abstraire les concepts essentiels que devrait offrir un tel langage. Ensuite, nous avons réalisé NetSim, une plate-forme paramétrable de génération de réseaux capable d'interpréter ce langage et permettant de tester diverses hypothèses sur la structure des réseaux que l'on peut observer empiriquement. Cet outil offre aussi des fonctionnalités de visualisation, sous forme de graphe, de l'évolution du réseau dans le temps. Finalement, nous avons obtenu des résultats plutôt convaincants quant à l'utilisation de notre logiciel pour modéliser et simuler divers types de modèles de l'évolution temporelle de la structure des réseaux. Les phénomènes observés par simulation s'apparentent effectivement à certains faits observés dans la réalité. Ce logiciel pourra servir d'outil de recherche, d'expérimentation, de visualisation et de formation dans un domaine en plein développement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseaux d'information, réseaux sociaux, modélisation, simulation.

La sécurité routière est aujourd’hui un des objectifs principaux des constructeurs automobiles. Pour garantir un haut niveau de sécurité aux conducteurs et passagers mais aussi aux autres usages de la route, comme les piétons et les deux roues, les véhicules sont testés sous tous les angles avant leur commercialisation. Qu’ils soient virtuels ou réels, les essais jalonnent la conception et le développement d’une voiture. Aujourd’hui, la simulation numérique joue un rôle primordial dans le développement des nouveaux dispositifs et équipements. Pour que les modèles numériques offrent toujours plus de prédictivité, le domaine de la simulation numérique est en constante évolution. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de la simulation des crash de véhicules. Le sujet de l’étude présentée dans ce document est composé de deux problématiques. La première consiste en la prise en compte des non-linéarités matérielles de type rupture dans le processus de dimensionnement au choc. Dans le domaine du crash, deux types de pièces sont distingués. Celles qui doivent casser en choc comme les suspensions moteur et celles dont rupture est interdite comme le carter moteur ou bien le carter d’embrayage. La rupture est un phénomène délicat à modéliser et également coûteux en temps de calcul. Par conséquent, les premiers modèles pour la simulation de la rupture ont été seulement fonctionnels (désactivation des ressorts de rupture). Avec l’arrivée de méthodes numériques telles que la méthode de suppression d’éléments, de nombreux modèles de rupture ont été développés. Comme ces modèles sont relativement récents, les bases de données matériaux sont souvent incomplètes ce qui rend difficile leur utilisation. Un des objectifs de la thèse est donc l’identification des paramètres matériaux pour le modèle de Mohr-Coulomb et le modèle de Johnson-Cook à l’aide d’essais sur éprouvettes. Une campagne d’essais sur un sous-système automobile a été également effectuée. La corrélation numérique des essais a permis de valider la modélisation« volumique » de la rupture et d’identifier des voies de progrès de la méthodologie actuelle. Le deuxième sujet présenté dans ce document est la modélisation du comportement élastique linéaire des composants qui ne doivent pas casser en choc et la prise en compte des non-linéarités géométriques de type grandes rotations et de contact. Une modélisation par des super-éléments élastiques linéaires adaptés pour les calculs explicites avec grandes rotations a été proposée pour les pièces massives de fonderie. La modélisation par super-élément est réalisée dans Radioss via un fichier.fxb. Une nouvelle méthode de réduction dérivée à partir de la méthode de MacNeal a été proposée. La base de transformation de celle-ci est constituée par des modes libres complétés par des modes de souplesse résiduelle (MLSR). Le modèle réduit à l’aide de la méthode MLSR est généré avec des routines Matlab développées dans le cadre de la thèse. Afin d’intégrer la modélisation par super-élément dans le processus de dimensionnement au choc PSA, une filière de calcul Abaqus–Matlab–Radioss a été proposée. Un processus de génération du fichier.fxb à l’aide des outils CFAO utilisés chez PSA a été établi. Afin d’optimiser la performance des calculs avec super-élément, trois nouvelles modélisations pour la gestion de contact avec super-élément ont été proposées. Une application de la modélisation par super-élément a été faite pour un modèle de test et également pour un modèle de choc de véhicule. / Nowadays, road safety is one of the main aims of car makers. To guarantee a high level of security to car drivers and passengers and also to other road users, such as for example pedestrians and two wheelers, the cars are submitted to a lot of tests before their commercialisation. Whether they are virtual or real, the experiments set out the conception and the development of a car. Nowadays, the numerical simulation plays a prime role in the development of new systems and equipments. In order to offer more and more predictivity by numerical models, the domain of the numerical simulation is inconstant evolution. The aim of this thesis is to contribute to the improvement of a car crash simulation. The subject of the study presented in this document is composed by two themes. The first one consists in inclusion of the material nonlinearities as fracture in the car crash dimensioning process. In car crash, two types of components are distinguished. Those which have to brake during the shock such as engine suspensions and those which have not to brake such as crankcase or clutch housing. The fracture is a phenomenon difficult to model, moreover, its computational time is important. Thus, the first fracture models were only functional (deactivation of fracture springs). With the arrival of numerical methods such as element deletion method, a lot of fracture models were developed. Because these models are relatively recent, the material databases are often incomplete which makes their use more difficult. Thus, one of the aims of this study is the material parameters identification of Mohr-Coulomb and Johnson-Cook fracture model with the aid of experiments on specimens. Another experiment campaign on an automotive subsystem was also realized. The numerical correlation using the material fracture parameters identified in the first step enabled to validate the "volumic"fracture modelisation and to identify the ways of progress of the current methodology. The second theme presented in this document is the modeling of linear elastic behavior of components which have not to brake in car crash and inclusion of geometrical nonlinearities as large rotations and contact. A modeling by linear elastic super elements adapted for explicit simulations with large rotations was proposed for massive cast iron components. The modeling by super elements was realized in Radioss by means of the file.fxb. A new reduction method derived from that of MacNeal was proposed. Its transformation basis is constituted by a free eigen-modes completed by residual flexibility modes. The model is reduced by means of Matlab routines which were developed in the framework of the thesis. In order to integrate the modeling by superelements in the dimensioning car crash process used at PSA, a procedure Abaqus–Matlab–Radioss was proposed. A process for the generation of the file.fxb by means of the CAD/CAMtools used at PSA was established. In order to optimize the simulation performance with superelements, three new models for contact management with a superelement were proposed. The modeling by superelement was applied in a test model and also in a frontal car crash simulation.

Cette thèse s’intéresse à la turbulence incompressible homogène et anisotrope, et plus particulièrement à l’effet d’une rotation solide et d’un champ magnétique uniforme et stationnaire. En plus des simulations numériques directes (DNS), nous présentons également un modèle synthétique de turbulence (Kinematic Simulation ou KS) construit à partir d’une superposition de modes de Fourier, et au sein duquel la dynamique linéaire (basée sur la Rapid Distorsion Theory) peut être incluse. Dans un premier temps, l’effet de la rotation solide est étudié avec un effort particulier porté sur les corrélations en deux-temps. Une comparaison entre DNS et KS est proposée dans le cas isotrope comme dans le cas en rotation. Dans le contexte aéroacoustique, on montre dans quelle mesure la rotation modifie l’émission acoustique d’une turbulence homogène. L’effet d’un champ magnétique est ensuite considéré et l’anisotropie de l’écoulement est étudiée en fonction du nombre de Reynolds magnétique. Il est montré dans quelle mesure la turbulence magnétohydrodynamique quasi-statique est similaire à la turbulence “deux-dimensions trois-composantes” du fait de la dissipation Joule anisotrope et comment l’écoulement restaure son isotropie lorsque le nombre de Reynolds magnétique croît. Enfin, l’effet couplé d’une rotation et d’un champ magnétique est considéré. Les propriétés énergétiques ainsi que l’anisotropie sont étudiés et une étude paramétrique en fonction du nombre d’Elsasser est proposée. / This thesis focuses on incompressible homogeneous anisotropic turbulence, with a particuliar interest on the effect of a solid-body rotation and a uniform steady magnetic field. In addition to Direct Numerical Simulations (DNS), we also propose a stochastic model of anisotropic turbulence (Kinematic Simulation or KS) based on a superposition of Fourier modes, in which linear dynamics (based on Rapid Distorsion Theory) is included. First, the effect of a solid body rotation is studied and we focus on two-time velocity correlations. Comparisons between KS and DNS are presented in the isotropic and rotating cases. We then apply these results to aeroacoutics and show how the rotation modifies the acoustic emission of homogeneous turbulence. Secondly, we focus on the effect of an imposed magnetic field and we describe the anisotropy of the flow in function of the magnetic Reynolds number. The quasi-static magnetohydrodynamic turbulence is very similar to the so-called 2D-3C turbulence due to anisotropic Joule dissipation and we show how the isotropy is restored as the magnetic Reynolds numbers increases. Finally, we consider the coupled effect of rotation and magnetic field. Energetic properties and anisotropy are studied and a dependance of the results on the Elsasser number is also proposed.

La propagation des incendies à l’échelle de locaux et de villes est un enjeu majeur. Elle est notamment conditionnée par l’inflammation des matériaux dans les locaux attenants au sinistre. Cette dernière résulte de l’allumage du mélange gazeux combustible issu de la décomposition thermique de la phase condensée.Deux types d’inflammation sont définis dans la littérature : l’inflammation pilotée par la présence d’une source d’allumage, et l’auto-inflammation, résultant de l’emballement de la réaction dans la phase gazeuse. L’auto-inflammation joue un rôle majeur dans le contexte d’une propagation de local à local. Toutefois, ce processus n’a été que très peu étudié expérimentalement du fait de sa complexité et seules des analyses théoriques sont aujourd’hui disponibles concernant les phénomènes en jeu.L’enjeu de la présente étude est de caractériser les régimes d’autoallumage en fonction de différentes typologies de solide (comportement thermique et cinétique), afin de mieux comprendre leurs processus et leurs conditions d’occurrence. Cette compréhension fine permet alors de développer des modèles plus globaux de propagation pour une considération déterministe du risque incendie à l’échelle urbaine.Le caractère bref et local de l’auto-inflammation impose le choix d’une méthode de résolution complète des écoulements, des transferts et de la chimie. La Simulation Numérique Directe (DNS) a donc été sélectionnée afin de capter ces phénomènes, avec l’introduction d’une cinétique fine et non infiniment rapide de la décomposition thermique et de la combustion. / Fire propagation on the scale of buildings and cities is a major stake. It is conditioned by the ignition of solid fuels in rooms adjacent to the one where the disaster originally takes place. The ignition is so piloted by the initiation of the combustion reaction of the gaseous mixture stemming from the thermal decomposition of the condensed phase induced by heat transfer.Two types of ignition are defined in the literature: piloted-ignition related to the presence of a hot spot and auto-ignition resulting from the thermal runaway within the gas phase. The auto-ignition plays a major role in the context of fire spread between rooms. However, this process has been very little experimentally studied, because of its complexity, and only theoretical analyses were lead concerning the phenomena which take place during solid fuels auto ignition.The aim of the present study is to characterize auto-ignition regimes according to various solid typologies (regarding to thermal and kinetic behaviour) in order to understand better their processes and their occurrence conditions. Thereby, this fine understanding allows to develop global models of fire spread for a deterministic consideration of the fire hazards at urban scale.The brief and local character of the auto-ignition requires the choice of a complete resolution for flows, transfers and chemistry. Thus, the Direct Numerical Simulation (DNS) was selected to capture the phenomena, with the introduction of a fine and non-infinitely fast chemistry of thermal decomposition and combustion.

Une approche combinant simulation numérique et expérimentation est développée pour modéliser la microfissuration complexe dans des matériaux hétérogènes cimentaires. Le modèle numérique proposé a permis de prévoir précisément en 3D l'initiation et la propagation des microfissures à l'échelle de la microstructure réelle d'un échantillon soumis à un chargement de compression. Ses prévisions ont été validées par une comparaison directe avec le réseau de fissures réel caractérisé par des techniques d'imagerie 3D. Dans une première partie, nous développons et testons les outils de simulation numérique. Plus précisément, la méthode de champ de phase est appliquée pour simuler la microfissuration dans des milieux fortement hétérogènes et ses avantages pour ce type de modélisation sont discutés. Ensuite, une extension de cette méthode est proposée pour tenir compte d'un endommagement interfacial, notamment aux interfaces inclusion/matrice. Dans une deuxième partie, les méthodes expérimentales utilisées et développées au cours de cette thèse sont décrites. Les procédures utilisées pour obtenir l'évolution du réseau de fissures 3D dans les échantillons à l'aide de microtomographie aux rayons X et d'essais mécaniques in-situ sont présentées. Ensuite, les outils de traitement d'image utilisant la corrélation d'images volumiques, pour extraire les fissures des images en niveaux de gris avec une bonne précision, sont détaillés. Dans une troisième partie, les prévisions du modèle numérique sons comparées avec les données expérimentales d'un matériau modèle en billes de polystyrène expansé intégrées dans une matrice de plâtre dans un premier temps, et, dans un second temps, d'un béton léger plus complexe. Plus précisément, nous utilisons les données expérimentales pour identifier les paramètres microscopiques inconnus par une approche inverse, et utilisons les déplacements expérimentaux déterminés par corrélation d'images volumiques pour définir des conditions limites à appliquer sur les bords de sous-domaines dans l'échantillon pour les simulations. Les comparaisons directes de réseaux de microfissures 3D et de leur évolution montrent une très bonne capacité prédictive du modèle numérique / An approach combining numerical simulations and experimental techniques is developed to model complex microcracking in heterogeneous cementitious materials. The proposed numerical model allowed us to predict accurately in 3D the initiation and the propagation of microcracks at the scale of the actual microstructure of a real sample subjected to compression. Its predictions have been validated by a direct comparison with the actual crack network characterized by 3D imaging techniques. In a first part, the numerical simulation tools are developed and tested. More specifically, the phase-field method is applied to microcracking simulations in highly heterogeneous microstructures and its advantages for such simulations are discussed. Then, the technique is extended to account for interfacial cracking, possibly occurring at inclusion/matrix interfaces. In a second part, the experimental methods used and developed in this work are described. The procedures to obtain the evolution of the 3D crack network within the samples by means of X-rays computed microtomography and in-situ mechanical testing are presented. Then, we focus on the developed image processing tools based on digital volume correlation to extract with good accuracy the cracks from the grey level images. In a third part, we compare the predictions of the numerical model with experimental results obtained, first, with a model material made of expanded polystyrene beads embedded in a plaster matrix, and second, to a more complex lightweight concrete. More precisely, we use the experimental data to identify by inverse approaches the local microstructural parameters, and use the experimental displacements measured by digital volume correlation to define boundary conditions to be applied on sub-domains within the sample for the simulations. The obtained direct comparisons of 3D microcrack networks and their evolutions demonstrate the very good predictive capability of the numerical model

La formation de poussières carbonées dans les tokamaks pose actuellement un réel problème (pertes de combustibles liées à la sécurité, pertes énergétiques …). Afin de comprendre les mécanismes de formation de ces poudres (distribution en taille, distribution spatiale et transport) et donc de trouver une méthode pour limiter leur rôle, une étude expérimentale a été réalisée dans une décharge radiofréquence Ar/C2H2. Le plasma et des poudres carbonées ont été caractérisés par différentes techniques (spectroscopie optique d’émission, diffusion du rayonnement, FTIR in-situ, caméra rapide, MEB et FTIR ex-situ). La diffusion du rayonnement polychromatique (IR et UV-visible-proche IR) a été utilisée afin d’obtenir des informations sur la distribution spatiale des poudres et l’évolution de leur distribution en taille. Un modèle, basé sur la théorie de Mie et associé à une méthode de Monte Carlo, a été développé afin de reproduire les mesures de diffusion in-situ. La comparaison entre expériences et simulations numériques à ouvert de nouvelles voies en termes d'interprétation et d'analyse des données. Cette étude est un premier pas vers la détermination en temps réel de la taille et de la densité des poussières en couplant les mesures optiques avec un modèle numérique basé sur la théorie de Mie. / The formation of carbon dust in tokamaks raises currently several real problems (safety, energy losses ...). To understand the mechanisms of these powders’ formation (size distribution, spatial distribution and transportation) and then find out a way to limit their role, an experimental study was carried out in a radiofrequency discharge Ar/C2H2. The plasma and these carbon powders were characterized by different techniques (optical emission spectroscopy, scattering of radiation, in-situ FTIR, fast camera, SEM and ex-situ FTIR). The scattering of polychromatic radiation (IR and Ultra violet-visible-near infrared) was used to obtain some information about the powders’ spatial distribution and the evolution of their size distribution. A model, based on the Mie theory and associated with the method of Monte Carlo, was developed to reproduce the optical measurements in-situ. The comparison between experiments and numerical simulations provides new roads in terms of interpretation and analysis of their results. This study is the first step to determine in real-time the dust size and density by coupling the optical measurements with the numerical model based on the Mie theory.

Depuis le milieu des années 90, avec la revalorisation des déplacements urbains par la marche et le vélo, les passerelles piétonnières sont fortement demandées dans nos villes. Étant également très convoitées par les architectes et les artistes pour exprimer leurs idées, ces structures deviennent de plus en plus élancées, légères, flexibles et dotées de fréquences propres qui peuvent facilement être mises en résonance par la marche normale des piétons. Les premiers ouvrages ayant manifesté ces problèmes de façon remarquable sont la passerelle du Millénium de Londres et la passerelle de Solferino de Paris qui ont dû être fermées suite à leur inauguration en raison de vibrations latérales excessives. Ces structures ambitieuses créent donc de nouveaux défis qui ne sont pas adéquatement considérés dans plusieurs codes de pratique, et ce, en raison d'un mauvais contrôle des vibrations induites par des charges de groupes et de foules de piétons. De plus, les piétons ont tendance à se synchroniser au mouvement latéral de la structure, ce qui résulte en des mouvements forts qui compromettent grandement le confort des usagers. L'objet de ce projet de recherche vise à mieux définir et caractériser le chargement des groupes et des foules de piétons sur les passerelles piétonnières afin de permettre une meilleure compréhension et un meilleur contrôle des vibrations de ces structures dès leur phase de conception. Pour ce faire, les vibrations induites par des chargements de groupes et de foules de piétons ont été mesurées sur trois structures existantes soit deux travées indépendantes de la Passerelle de Sherbrooke et le pont du Cosmos Montréal. Les critères de confort et les niveaux de vibration prédits selon différentes normes ont aussi été calculés pour ces trois structures. Également, un programme a été créé afin de simuler des groupes ou des foules de piétons de taille variable circulant sur une passerelle piétonnière et de calculer la réponse de la structure selon différents paramètres. Des simulations numériques de chargement de 1 piéton, de groupes et de foules de piétons ont été effectuées l'aide de ce programme sur les trois structures afin de simuler les vibrations induites par les piétons. Différents modèles de chargements piétonniers ont été utilisés. Finalement, une comparaison des différents niveaux de vibration mesurés, calculés et simulés permet une caractérisation du chargement piétonnier et de l'influence du nombre de piétons dans le chargement sur la réponse de la structure, et ce, tant pour les vibrations verticales que latérales de la structure. Ce projet aura pour résultat de fournir une meilleure définition du chargement piétonnier et d'assurer ainsi un meilleur contrôle des vibrations des passerelles piétonnières dès les phases de conception de la structure. Ainsi, ce projet favorisera le développement des passerelles piétonnières et permettra aux architectes et artistes une plus grande liberté pour l'édification de ces sculptures urbaines sans compromettre le confort des usagers, tout en limitant les coûts par un meilleur contrôle des vibrations.

La conception de ventilateurs est souvent basée sur une méthodologie " essais/erreurs " d'amélioration de géométries existantes ainsi que sur l'expérience de design et les résultats expérimentaux cumulés par les entreprises. Cependant, cette méthodologie peut se révéler coûteuse en cas d'échec; même en cas de succès, des améliorations significatives en performance sont souvent difficiles, voire impossibles à obtenir. Le projet présent propose le développement et la validation d'une méthodologie de conception basée sur l'emploi du calcul méridien pour la conception préliminaire de turbomachines hélico-centrifuges (ou flux-mixte) et l'utilisation du calcul numérique d'écoulement fluide (CFD) pour la conception détaillée. La méthode de calcul méridien à la base du processus de conception proposé est d'abord présentée. Dans un premier temps, le cadre théorique est développé. Le calcul méridien demeurant fondamentalement un processus itératif, le processus de calcul est également présenté, incluant les méthodes numériques de calcul employées pour la résolution des équations fondamentales. Une validation du code méridien écrit dans le cadre du projet de maitrise face à un algorithme de calcul méridien développé par l'auteur de la méthode ainsi qu'à des résultats de simulation numérique sur un code commercial est également réalisée. La méthodologie de conception de turbomachines développée dans le cadre de l'étude est ensuite présentée sous la forme d'une étude de cas pour un ventilateur hélico-centrifuge basé sur des spécifications fournies par le partenaire industriel Venmar. La méthodologie se divise en trois étapes: le calcul méridien est employé pour le pré-dimensionnement, suivi de simulations 2D de grilles d'aubes pour la conception détaillée des pales et finalement d'une analyse numérique 3D pour la validation et l'optimisation fine de la géométrie. Les résultats de calcul méridien sont en outre comparés aux résultats de simulation pour la géométrie 3D afin de valider l'emploi du calcul méridien comme outil de pré-dimensionnement.

Ce travail s'inscrit dans une démarche d'intégration produit-procédé en vue d'optimiser les propriétés en fatigue illimitée des pièces de forge. Dans le domaine de la fatigue, afin de tirer bénéfice du procédé de forgeage il est indispensable de tenir compte, d'une part, des contraintes résiduelles issues de la mise en forme, mais également du comportement anisotrope des pièces, fonction de la direction des sollicitations vis-à-vis du fibrage de la pièce. Nous distinguons les matériaux dits sains et les matériaux à défaut, pour lesquels le comportement en fatigue est tributaire des inclusions. Pour ces derniers, dans le cas d'inclusions malléables, l'allongement des inclusions suivant la direction du fibrage constitue l'origine principale de l'anisotropie observée. Un critère dérivé de l'équation de Murakami est alors proposé. Une partie de l'anisotropie provient néanmoins de la microstructure, et cet aspect est également étudiée. Parallèlement, nous nous attachons à décrire de quelle manière le fibrage peut être modélisé dans le logiciel de simulation numérique de mise en forme Forge3®, pour être ensuite utilisé dans le calcul du critère de fatigue proposé. Une stratégie d'optimisation complète incluant calculs de forgeage et de fatigue est finalement illustrée sur une pièce réelle.

La compaction isostatique a chaud (cic) permet de produire des pièces céramiques de forte densité avec des microstructures homogènes. Pour mieux comprendre les processus de densification et pour être capable de prévoir les formes finales, des équations constitutives tenant compte du comportement mécanique et des évolutions microstructurales, ont été developpees et introduites dans un code de calcul utilisant la méthode des éléments finis. Les expériences ont été menées sur une poudre d'alumine pure, considérée comme un matériau modèle. Une alumine renforcée par des whiskers de sic ainsi qu'une poudre de diborure de titane ont également été étudiées. Des pièces céramiques tests ont été réalisées et comparées aux résultats de simulations afin de valider les équations constitutives proposées.