L’objectif de cette thèse est la modélisation, l’analyse mathématique et la simulation numérique de quelques modèles de transmission du VIH-SIDA dans une population sexuellement active donnée en général et en particulier dans celle du Mali. Nous proposons de modèles basés sur les connaissances actuelles de la transmission du virus du VIH. A cet effet, nous présentons trois modèles : un modèle comportemental en épidémiologie, un modèle qui incorpore le rôle des campagnes de sensibilisation en santé publique et un modèle de co-circulation de deux formes recombinantes du VIH-1. Dans le premier modèle, des résultats d’existence et d’unicité de la solution d’un problème parabolique semi-linéaire décrivant l’évolution d’une population soumise à l’infection du VIH sont présentés. La population est divisée en individus dont le risque comportemental est faible et en individus dont les comportement sont très risqués et qui interagissent entre eux. Une variable continue représentant ce risque comportemental est introduit. Le comportement asymptotique en temps du problème est étudié. Certains résultats numériques concernant la répartition de la population selon la variable représentant le risque comportemental sont présentés dans le cas de l’infection du VIH-SIDA au Mali. Dans les deux derniers modèles, nous obtenons une analyse complète de la stabilité de ces modèles à l’aide des techniques de Lyapunov suivant la valeur du taux de reproduction de base . Nous proposons une méthode alternative au taux de reproduction de base qui permet de confiner l’évolution de la maladie dans des limites fixées. Nous illustrons ces modèles par des simulations numériques. Ces dernières sont faites à partir de nos modèles confrontés aux données du Mali concernant la propagation du VIH-SIDA. / The objective of this thesis is the modeling, mathematical analysis and numerical simulation of a few models of transmission of the HIV-AIDS in a sexually active population given in general and in particular in that of Mali. We propose models based on the epidemiology currently known from the transmission of the HIV virus. Thus, we present three models of the transmission of HIV: a individual behavior and epidemiological model, a model that incorporates the role of public health education program on HIV and a mathematical model for the co-circulating into two circulating recombinants forms of HIV-1. In the first model, Somé results of existence and uniqueness of solution of a semilinear,parabolic problem describing the evolution of a population subjected to a disease are presented. The population is divided into individuals whose behavioral risk is low and in individuals whose behavior are very risky and that interact between them. A continuous variable representing a behavioral risk is introduced. The asymptotic in time of the problem is studied, and the existence of a non zero stationary state is proved. Somé numerical results concerning the distribution of the population according to the variable representing a behavioral risk are presented within the disease of the HIV-AIDS in Mali. In the last two models, we obtain a thorough analysis of the stability of these models using the Lyapunov techniques according to the value of the basic reproduction ratio,R0. We propose an alternative method to the basic reproductive rate R0 which allows to confine the evolution of the disease in the fixed limits. Numerical simulations are done to illustrate the behaviour of the model, using data collected in the literature regarding the spread of HIV in Mali.

La formation des planètes a lieu dans les disques protoplanétaires constitués de gaz et de poussières. Si ces dernières ne représentent que 1% de la masse totale du disque, elles jouent un rôle fondamental pour l’évolution chimique des disques en agissant comme catalyseurs pour la formation des molécules. Comprendre cette chimie est essentiel pour remonter aux conditions physiques initiales qui ont permis la naissance des planètes.Au cours de ma thèse, j’ai étudié la chimie à la surface des grains de poussières et son impact sur l’évolution chimique du nuage moléculaire, condition initale de la formation du disque, et du disque protoplanétaire. Grâce à des simulations numériques, à l’aide du code de chimie gaz-grain Nautilus, j’ai pu montrer l’importance des réactions de diffusion et des interactions gaz-grain pour les abondances des espèces en phase gazeuse. Les résultats du modèle couplés aux observations ont également mis en évidence les effets de la structure physique (température, densité, AV) sur la distribution des molécules dans les disques. / Planetary formation occurs in the protoplanetary disks of gas and dust. Although dust represents only 1% of the total disk mass, it plays a fundamental role in disk chemical evolution since it acts as a catalyst for the formation of molecules. Understanding this chemistry is therefore essential to determine the initial conditions from which planets form.During my thesis, I studied grain-surface chemistry and its impact on the chemical evolution of molecular cloud, initial condition for disk formation, and protoplanetary disk. Thanks to numerical simulations, using the gas-grain code Nautilus, I showed the importance of diffusion reactions and gas-grain interactions for the abundances of gas-phase species. Model results combined with observations also showed the effects of the physical structure (in temperature, density, AV) on the molecular distribution in disks.

Le travail présenté dans ce mémoire s'intéresse à la simulation du comportement mécanique de câbles d'ascenseurs. Le but de ce travail est d'élaborer une méthode permettant de simuler le comportement mécanique de tels câbles à moindre coût, et avec une précision suffisante.Dans un premier temps, différentes méthodes permettant de modéliser ou de simuler le comportement de ces câbles ont été comparées, et leurs avantages et inconvénients ont été analysés. Les résultats de modèles analytiques et de simulations éléments finis ont été comparés avec des données expérimentales. Les modèles analytiques considérés dans ce travail présentent un coût de calcul bien moins élevé que les modèles éléments finis, mais n'offrent pas une précision suffisante dans leurs résultats pour simuler le comportement de câbles d'ascenseurs. L'approche éléments finis a été retenue pour cette raison comme la plus adaptée pour simuler ce genre de câbles. Les coûts de calcul liés à cette approche sont cependant très élevés, et demandent la mise en oeuvre de méthodes particulières en vue de les réduire.Afin de réduire les temps de calculs, trois types de méthodes ont été considérées : les méthodes d'homogénéisation, les méta-modèles, et les techniques de réduction de modèle. L'approche de réduction de modèle a été retenue comme la plus appropriée et a été implémentée dans le code de simulation par éléments finis Multifil. Des résultats avec une bonne précision ont été obtenus en utilisant cette méthode, mais les coûts des simulations initiales sur le modèle complet afin d'obtenir un ensemble de solutions permettant de construire une base réduite apparaissent trop élevés dès qu'il s'agit de traiter des câbles de longueurs importantes. Pour remédier à ce problème, une méthode de réduction par tronçon a été formulée et implémentée. Cette méthode tire parti de la structure périodique du câble et permet d'identifier a base de réduction seulement sur un motif périodique élémentaire. Cette base est ensuite utilisée pour représenter la solution sur l'ensemble d'un câble composé de plusieurs tronçons.Le coût des multiplications matricielles nécessaires pour transformer le système linéaire du problème initial, en système linéaire réduit reste cependant trop important pour obtenir un gain significatif, en particulier dans le contexte de la résolution d'un problème non-linéaire. Pour pallier cette difficulté, une technique supplémentaire, appelée ``Discrete Empirical Interpolation Method'' (DEIM), a été mise en oeuvre avec succès, et a permis d'obtenir au final une réduction du coût de calcul d'un facteur 4. / The work presented in this dissertation is focused on the simulation of the mechanical behaviour of lift's wire ropes. The aim of the work is to elaborate a method to simulate the mechanical behaviour of such wire ropes with low computational cost and sufficient accuracy.First of all, several methods to model or simulate wire ropes have been compared and their weak and strong points have been highlighted. Analytical and finite element methods have been compared with experimental tests. It was concluded that analytical methods considered in this work have a lower computational cost than finite element methods, but the results obtained using them are not accurate enough to simulate lift wire ropes. Therefore, finite element methods have been considered as the most appropriate to simulate these wire ropes. However, their computational cost is high so some methods to reduce it must be applied.In order to reduce the computational time, three type of methods have been considered: homogenization, metamodeling and model order reduction. Model order reduction technique was chosen as the most adequate method and it was implemented in the wire rope finite element simulation program Multifil. Accurate results have been obtained, however the computational cost needed by initial simulations to get the snapshots used to define a reduce basis was too high for long wire ropes. To solve this problem, a sectionwise reduction method was proposed and implemented. This formulation takes advantage of the periodic structure of wire ropes: the reduced basis is identified only on a reference elementary section and used for all repetitive sections of a multi-section wire rope. The computational cost induced by the multiplication of matrices in order to transform the linear system of the initial problem into the linear system of the reduced problem was shown to remain too high, particularly in the context of the solving of a non-linear problem, to allow the global computational time to be significantly decreased using the proposed techniques. To overcome this difficulty, an additional technique, namely the so-called Discrete Empirical Interpolation Method (DEIM) was successfully implemented and tested, allowing a time reduction factor of 4 to be obtained.

Ce travail de thèse a pour oblectif de simuler numériquemetn les impacts de recharges sédimentaires sur la morphodynamique du tronçon du Vieux-Rhin situé entre les barrages de Kembs et Breisach. Dans le cadre du projet InterReg de redynamisation du Vieux-Rhin, ces simulations sont primordiales pour évaluer l'efficacité des scénarios de recharge sédimentaire ainsi que lesrisques associés , tels que la fixation des dépôts ou encore la déstabilisation du lit pavé. a l'échelle du vieux-Rhin entioer (50 km) les simulations numériques 1D des années 1950, 1990 et 2009 ont permis d'appréhender la dynamique fluviale du lit en tenant compte de l'impact de la végétation. Les modélisations des processus granulométriques en jeu dans les recharges sédimentaires ont été préalablement testés et améliorés sur des expériences de laboratoires avec le modèles numériques 1D RubarBE. Dans ces modélisations, le tri granulométrique longitudinal, les évolutions morphologiques et le phénomène de capture des sédiments les plus fins ont été reproduits. Les modélisations bi-dimensionnelle à l'échelle des sites d'injections ont été réalisées avec le modèle numérique Rubar20TS. Les évolutions morphologiques des recharges ont été simulées et les zones favorisant les dépôts sédimentaires ont été identifiées. Les conclusions suivantes ont été tirées des simulations d'un banc sédimantaire et des scénarios de redynamisation : des flancs de banc pentus facilitent la mobilisation sédimentaire ; le choix du site et de la largeur du banc semblent très imporants afi de créer des conditions suffisament dynamiques en bordure de banc ; l'injection d'un banc de galets apparaît plus efficace qu'une érosion latérale de berge. Un scénario de recharge sédimentaire optimal pourrait consister en des injections de bancs latéraux étroits d'un volume d''environ 20 000 m3 répétées dans le temps et/ou dans l'espace. / Pas de résumé en anglais

Le sujet de ce mémoire de thèse concerne l’usure des inserts en carbure de tungstène soumis à des sollicitations d’impact-glissement. Ces inserts situés sur la tête de coupe de tunneliers permettent d’excaver le sol. Ces carbures sont caractérisés par une dureté élevée et une résistance à l’usure importante ; néanmoins, ils sont soumis à des conditions d’excavation sévères qui finissent par les endommager. Il est donc primordial d’augmenter leur résistance à l’usure afin d’augmenter leur durée de vie dans le but de réduire les opérations de remplacement et les coûts. Une étude expérimentale avec un banc d’impact-glissement permet de solliciter les carbures de tungstène dans des conditions proches de celles rencontrées lors de l’excavation. Nous analysons trois carbures de tungstène avec des propriétés et des compositions différentes. Un des trois carbures sert de référence et est utilisé industriellement. Les deux autres carbures ont été développés récemment. Une bille, en acier 100Cr6 ou en carbure de silicium, est soumise à un déplacement vertical, et vient impacter l’échantillon en carbure de tungstène. Le déplacement de deux lames flexibles, situées sous l’échantillon impacté, permet de générer le glissement au moment de l’impact. L’abrasion et l’adhésion sont les principaux mécanismes d’usure, accompagnés de la formation de fissures dans le cas du carbure le plus fragile. Le volume d’usure dépend fortement de l’énergie d’impact, du nombre d’impacts, de l’angle d’impact, de la nature des matériaux au contact et de l’environnement de contact. Le carbure de référence s’use le plus parmi les trois carbures. De plus, le glissement contribue à augmenter l’usure et la bille en SiC forme une couche sacrificielle avec l’un des carbures développé récemment. La présence d’argon au contact tend à réduire l’adhésion et, par conséquent, l’usure est moins sévère. Parallèlement aux tests expérimentaux, une analyse numérique par éléments finis sous Abaqus/Explicit est réalisée. Un modèle 3D représentant le contact entre la bille et le plan incliné a été développé en mettant en avant la dynamique du contact. Cela nous donne accès à des grandeurs non déterminées expérimentalement (distance glissée, énergie dissipée par frottement, énergie de déformation plastique, contraintes au contact) et permet ainsi de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors du contact. Les coefficients énergétiques d’usure obtenus expérimentalement sont mis en corrélation avec les énergies dissipées par frottement et les énergies de déformation plastique. La distribution des contraintes de traction et de compression permet d’établir un lien avec la formation des fissures pour le carbure le plus fragile. Cette approche expérimentale combinée à la simulation numérique nous permet de mieux comprendre les phénomènes d’endommagement qui se déroulent au contact de l’insert. / Tungsten carbide cutting tools are very frequently used for tunnel boring machines, as inserts on the drag bits at the front face. With their high toughness, hardness and their wear resistance, they are highly suitable for this kind of application. During excavation, those tools are subjected to important mechanical stresses mostly represented as repetitive impacts combined with the sliding motion induced by the rotation of the cutting wheel. In this regard, their lifetime should be optimized in order to reduce the maintenance operations cost. This thesis highlights the wear mechanisms associated to the impact-sliding motion of tungsten carbide cutting tools. An experimental approach is presented with an impact-sliding test rig allowing to represent the contact dynamics closed to the one observed during the excavation. The test rig is developed with a ball/flat configuration. The ball undergoes a vertical sinusoidal motion derived by an electromagnetic shaker and impacts the inclined tungsten carbide sample. There are two vertical foils underneath the tungsten carbide, which slide backward during the impact: this induces the sliding motion. Three types of tungsten carbides with different chemical compositions, production processes and mechanical properties have been tested. AISI 52100 and SiC balls are considered in this study. Abrasion and adhesion are mainly observed on wear scars, with cracks initiation for the more brittle tungsten carbide. Wear volume depends on many factors : the impact energy, the number of impacts, the impact angle, the ball material, the hardness of materials and the environment under which they are tested. The reference material wears out the most with larger wear scars. The sliding motion contributes greatly on the wear and SiC ball tends to create a sacrificial layer in some conditions. Tests run under argon showed that adhesion is less likely to occur at the contact. Besides, a 3D finite element dynamic model has been developed with the use of ABAQUS/Explicit. Experimental data are taken into account in order to obtain simulation conditions analogous to those in the experimental study. This numerical approach gives an insight on wear phenomena involved in this impact-sliding contact. In addition to this, parameters that were unreachable experimentally could be calculated (sliding distance, friction dissipated energy, plastic deformation energy). Energetic wear coefficient, calculated experimentally, can be correlated with the dissipated energy and the plastic deformation energy. Cracking features are linked to the contact stress distribution. Numerical results provide an input on experimental data and help in understanding complex wear processes entailed in this impact-sliding conditions.

La dynamique de la rupture sismique peut être fortement dépendante des hétérogénéités des failles, qui se traduisent par des hétérogénéités de ses propriétés de friction. Nous abordons cette problématique de manière numérique et expérimentale. Dans l'étude numérique, nous étudions l'effet des hétérogénéités de petite échelle sur des modèles 3D de rupture dynamique. Nous proposons une méthode d'homogénéisation par l'utilisation de lois de friction effectives qui permettent de reproduire les effets dynamiques des hétérogénéités de petite échelle sur la phase d'initiation de la rupture mais aussi, dans des modèles simples, sur la phase de propagation. Nous proposons ensuite une technique expérimentale innovante pour l'étude de la dynamique des ruptures en laboratoire: un dispositif d'imagerie par interférométrie des tavelures ultrasonores est couplé à une expérience de friction classique et permet de visualiser la propagation des ruptures sur l'interface de friction, ainsi que le champ d'onde émis à l'intérieur du matériau. Nous présentons les premiers résultats expérimentaux puis nous utilisons cette expérience pour étudier l'effet des hétérogénéités de la surface de friction sur la dynamique des ruptures. / Seismic rupture dynamics can be highly dependent on the heterogeneity of faults, modelised by heterogeneity of the friction properties. We address this issue both numericaly and experimentaly. In the numerical study, we study the effects of small scale heterogeneity in 3D dynamic rupture modeling. We develop an homogenizing technique that allows to reproduce the effects of small scale hetereogeneity during the initiation phase, and for simple examples, during the propagation phase of the rupture. We then present a new experimental technique for laboratory study of rupture propagation. By coupling a classical friction experiment with an imaging technique by ultrafast ultrasonic speckle interferometry, we can observe the propagation of the rupture at the friction interface and the full-wave field emited in the bulk. We present the first experimental results and then use this apparatus to study the effect of heterogeneity on dynamic rupture propagation.

La simulation de la dynamique des systèmes multicorps avec contact frottant joue un rôle important dans un grand nombre d'applications industrielles.Elle est même devenue une partie importante du développement de nouveaux produits, de la vérification et même de l'optimisation de leur conception pour améliorer les anciens produits.Les travaux présentés dans cette thèse font partie d'une collaboration entre l'équipe BiPoP, équipe de recherche de l'INRIA Grenoble, et Schneider Electric.Le but principal de ces travaux est de comprendre l'influence du jeu dans les articulations, ainsi que l'influence du dimensionnement industriel et les tolérances géométriques sur lecomportement global des liaisons mécaniques. Plus spécifiquement nous avons étudié le mini-disjoncteur C-60 (domaine dans lequel la sécurité humaine doit être garantie), pour répondre à cette demande de robustesse, tout en respectant les tolérances sur les pièces constituant le disjoncteur C-60.Le jeu radial dans les articulations pivot est une source de variabilité dans les conditions initiales du système, mais également dans la dégradation de ses performances.La dégradation du système se présente toujours sous forme de vibrations, de bruit, de forces de réactions très grandes dans les articulations, de mauvaise précision et exactitude de la sortie.Le but est d'étudier l'influence des conditions initiales et le déplacement hors-plan, ainsi que l'effet de polarisation en trois dimensions.Un objectif supplémentaire est de développer un banc d'essai virtuel efficace pour reproduire les mesures obtenues sur un vrai banc d'essai en laboratoire, en utilisant la plateforme logicielle SICONOS qui utilise la méthode NSCD (Non Smooth Contact Dynamic) introduite par J.J. Moreau et M. Jean.Le schéma NSCD a prouvé son efficacité numérique: il est capable de traiter des problèmes de complémentarité, le contact ainsi que les impacts et les lois de frottement multivaluées.Le but est de comprendre quelle est la meilleure description géométrique pour simuler de très petits jeux.L'étude complète est divisée en deux parties. La progression part du cas planaire pour arriver au cas spatial, et la complexité suit le même chemin.Dans le cas planaire, on analyse un mécanisme à quatre barres avec du jeu quand une des articulations est commandée en boucle ouverte, ou par retour d'état linéaire ou non-linéaire(PD, linéarisation par retour d'état, ou commande passive).L'accent est mis sur la quantification de la dégradation des performances quand du jeu est ajouté dans les articulations. On montre alors que les commandes par retour d'état se comportent de façon robuste.Dans le cas spatial, le mécanisme C-60 est analysé précisément pour explorer les possibilités de relaxer les tolérances industrielles sur les pièces sans compromettre ni les performances ni la sécurité. L'influence de l'entrée, du modèle et des incertitudes numériques sur le modèle C-60 est étudiée.L'influence induite par le jeu et le coefficient de frottement dans les articulations sur la performance du produit est étudiée.Pour valider le modèle de simulation, des expériences sont effectuées sur des prototypes d'essai et les résultats sont comparés avec les simulations numériques.Nous avons trouvé une bonne correlation entre les résultats numériques et expérimentaux.L'analyse statistique~(analyse du pire cas, et par des simulations basées sur la méthode de Monte-Carlo) a été réalisée pour trouver la dispersion des conditions fonctionnelles.En plus des variations dimensionnelles, la tolérence aux variations géométriques comme la forme, l'orientation et la position, est analysée.Ce travail de recherche devrait aider les concepteurs à simuler le comportement du système mécanique avec une articulation de révolution imparfaite,depuis l'étape de conception préliminaire jusqu'à la fin de la conception pour avoir une amélioration significative de la planification et du budget. / Dynamic simulation of multibody systems with unilateral contact and friction plays an important role in a wide range of industrial applications. It has become an integral part of new product development, verification/optimization of the design and to enhance the old products.This work is a part of collaboration between the BiPoP research team of INRIA Grenoble and the Schneider Electric company.The main goal of this thesis is to understand the influence of clearances in the revolute joints on the overall behaviour of the linkage mechanisms and specifically on the C-60 miniature circuit breaker where human safety must be guaranteed.In other words, the objective is to address the robustness of the C-60 breaker with respect to the production tolerances, which areexpressed in the form of dimensional and geometrical variations on the parts. These variations are the source of clearance in the joints of the mechanism.The radial clearance in the revolute joints is a source of variability in the initial conditions of the system and also the degradation of the system's performance. The degradation of the system isalways in the form of vibration, noise, very high reaction forces at the joints.The aim is to study the influence of initial conditions and the out-of-plane motion, so the polarization effect in three dimensional case.Another objective is to develop the time efficient virtual test bench to reproduce the measurements of real test bench in the laboratory using the open-source simulation software SICONOS which is based on the NonSmooth Contact Dynamic method (NSCD) introduced by J.J. Moreau and M. Jean.The NSCD scheme is proven to be a quite efficient numerical method, capable of handling complementarity conditions, as well as impacts and set-valued friction laws.The goal is to understand what is the most appropriate geometricdescription which allows to simulate very small clearances.The complete study is divided in two main sections.The progress through these partsgoes from the planar to the spatial case, the complexity follows the same advance.In the planar case, a four-bar mechanism with joint clearance, when one joint is actuated by collocated open-loop or state feedback controllers (PD, statefeedback linearization, passivity-based) is analysed. The focus is put on how much the performancedeteriorates when clearances are added in the joints. It is shown that collocated feedback controllersbehave in a robust way.In the spatial case, the C-60 mechanism is analysed precisely to explore the possibilities to relax the manufacturing tolerances on the parts withoutany compromise on either performance or the human safelyThe influence of the input, model and numerical uncertainties on the C-60 model is studied. The joint-wise influences of the clearance and coefficient of friction on theproduct performance are studied.To validate the simulation model, experiments are carried-out on the prototype samples and the results are compared with the simulations.We found quite good correlation between the virtual and experimental results.A statistical analysis~(worst-case and Monte Carlo simulation) has been carried out to find out the dispersion of the functional conditions.In addition to dimensional variations, the geometrical variations such as form, orientation and position tolerances are also analyzed.This research work shall help the designers to simulate the real time behaviour of the mechanical systems with the imperfect revolutejoint from the pre-design stage till the end of the design, to have good improvement on schedule and budget.

Les procédés de formage à grande vitesse comme le magnétoformage et le formage électrohydraulique se développent actuellement à l'échelle industrielle. La conception de ces procédés nécessite le recours à la simulation numérique, du fait de leur caractère fortement dynamique et multiphysique. Pour garantir la précision de ces simulations, il est essentiel de disposer de données pertinentes capables de décrire le comportement dynamique des matériaux déformés.Ce travail de thèse se propose de développer des essais mécaniques basés sur le procédé de magnétoformage afin de caractériser le comportement en écrouissage dynamique de matériaux sous forme de tubes ou de tôles. Les conditions d'essai sont ainsi au plus proche des conditions de déformation visées.Le premier essai mis en place chez iCube Research est un essai d'expansion électromagnétique de tube, instrumenté à l'aide de mesures de courant et de vitesse par photonic Doppler velocimeter (PDV). Le choix de l'inducteur, l'optimisation du modèle numérique (LS-Dyna®) et la sensibilité de l'essai aux incertitudes de mesure sont discutés. La procédure d'identification par analyse inverse est mise en place, et sa capacité à identifier les paramètres du modèle de comportement est étudiée. La sensibilité de l'essai aux paramètres du modèle, et leurs corrélations, sont également analysées.Cette procédure a ensuite été adaptée à un essai dédié à des éprouvettes issues de tôles. Le mode de chargement et de déformation produit par cet essai a permis de réduire de façon significative la sensibilité de la caractérisation aux incertitudes expérimentales par rapport à l'essai d'expansion de tube. Une démarche de réduction de modèle a rendu possible l'utilisation de cet essai dans le cadre d'une procédure itérative d'identification de paramètres.Les deux essais ont été appliqués à l'aluminium 1050 à l'état recuit, et ont permis de mettre en évidence une sensibilité marquée à la vitesse de déformation, avec une augmentation de l'écrouissage par rapport au comportement mesuré par des essais de traction uniaxiale quasi-statique. D'autres nuances d'aluminium ou alliages de cuivre ont également été caractérisés par l'un ou l'autre des essais. La procédure mise en place n'est pas restrictive quant au choix du modèle de comportement dynamique. Dans le cadre de cette étude, qui vise essentiellement à caractériser l'écrouissage dans une gamme relativement restreinte de vitesses de déformation (entre 100 et 5000 s-1), le choix s'est porté sur le modèle de Johnson-Cook.Les conditions dynamiques du formage (hautes vitesses de déformation, impacts, mode de déformation en flexion contre une matrice…) peuvent apporter des gains importants en termes d'allongement. La problématique de la caractérisation de limites de formage dynamiques, qui doit faire l'objet de développements ultérieurs, est introduite en dernière partie. / High speed forming processes such as magnetic pulse forming and electrohydraulic forming are currently developing at the industrial scale. Design of these processes requires numerical simulation to take into account the highly dynamic and multiphysics conditions. To ensure the representativeness of the simulations, there is an important need for relevant data describing the material dynamic behavior.In this study, mechanical tests based on magnetic pulse forming have been developed in order to characterize the dynamic strain hardening of materials in the form of tubes or sheets. The testing conditions are then very similar to the real industrial forming conditions.The first test developped at iCube Research is an electromagnetic tube expansion test, instrumented with pulse current measurement devices and photonic Doppler velocimetry (PDV). Design of the inductor, optimization of the numerical model, and test sensitivity to the experimental uncertainties are discussed. The inverse analysis identification procedure is established, and its ability to identify the constitutive model parameters is examined. The sensitivity of the test to the model parameters, and their correlations, are analyzed as well.This procudure is then adapted to a test dedicated to plane samples, cut from sheets. The loading mode and the deformation mode induced by this test enables a significant reduction of the characterization sensitivity relative to experimental uncertainties, as compared to tube expansion testing. A model reduction approach makes it possible to use this test in an iterative parameter identification procedure.Both tests are applied to annealed aluminium 1050, and they reveal a significant strain-rate sensitivity, with a stronger strain-hardening than that measured by quasi-static tensile tests. Ohter aluminium alloys and copper alloys have been dynamically characterized by one of the tests. The developped procedure is not restrictive for the selection of the constitutive model. In this study, which concerns a relatively narrow strain-rate domain (from 100 to 5000 s-1), the Johnson-Cook model has been chosen.The dynamic forming conditions (high strain-rates, impact, deformation mode by flexion against a die…) are likely to offer great improvements in formability. The problem of dynamic forming limits characterization, which will be the subject of further developpements, is introduced as a last chapter.

Le béton de chanvre constitue une solution constructive conforme aux objectifs en matière de développement durable.Sa morphologie structurelle, induite par l’association de fibres végétales poreuses à une matrice minérale grenue, se traduit par une forte porosité et une densité limitée. Le béton de chanvre présente ainsi des propriétés hygrothermiques très intéressantes : sa faible conductivité thermique lui confère de bonnes capacités d’isolation et sa forte perméabilité au transport d’eau favorise le transfert d’humidité.En outre, il est caractérisé par un comportement thermohydrique hystérétique gouverné en humidité et en température qui conditionne l’évolution de ses propriétés. L’objectif de ce travail est d’évaluer sa réponse hygrothermique auxsollicitations climatiques, enjeu majeur pour le développement de cette solution technologique face aux problématiques énergétiques et de confort dans le bâtiment. La difficulté d’évaluation de cette réponse réside dans la complexitédes phénomènes couplés des transferts de masse et de chaleur auxquels est soumise la paroi. Le transfert d’humidité au sein de parois poreuses est régi par le transport diffusif d’eau sous forme liquide et vapeur. Le transfert de chaleur dans les milieux poreux humides est dû à plusieurs mécanismes simultanés comme la conduction thermique ou le phénomène d’évaporation-condensation. Par ailleurs, dans le cadre de la physique du bâtiment, les surfaces externes sont notamment soumises au rayonnement solaire, à la pluie ou aux phénomènes de convection mixte, naturelle et forcée, dus à la température d’air ambiant et au vent ou aux systèmes de ventilation.Dans un premier temps, un modèle numérique de transferts hygrothermiques HAM (Heat, Air and Moisture) prenant en compte ces phénomènes a été développé. Afin d’alimenter ce modèle numérique, l’étude est par ailleurs focaliséesur la modélisation des propriétés thermiques et hydriques du matériau en s’appuyant sur les résultats de différents essais de caractérisation. Elle permet également d’appréhender l’effet d’une variation de la masse volumique du béton de chanvre sur ses propriétés. Les résultats du modèle sont alors confrontés aux mesures expérimentales réalisées sur une paroi en béton de chanvre placée dans une enceinte biclimatique dont les régulations suivent un programme choisi. Une analyse de sensibilité aux paramètres montre que le transfert thermo-hydrique est très influencé par le paramètreteneur en eau. La modélisation de l’effet hystérétique thermo dépendant qui conditionne la capacité de stockage hydrique et influe sur le transport de masse et de chaleur s’avère nécessaire pour bien appréhender le comportement du matériau. La prise en compte du phénomène d’hystérésis sur l’évolution de la teneur en eau produit ainsi des résultats de simulation pertinents en accord avec les réponses expérimentales obtenues sous sollicitations hydriques et thermiquescycliques.En outre, le travail est étendu à l’étude numérique de l’influence de la nature et de l’épaisseur d’une couche d’enduit apposée sur les surfaces externes de la paroi en béton de chanvre. Finalement, la notion de confort hygrothermique est discutée en configuration réelle d’utilisation sous sollicitations climatiques typiques annuelles. / The use of hemp concrete, an environmentally friendly material, participates in a process of sustainable development in the residential sector. The association of porous vegetable fibers and a grainy mineral matrix gives a strong porosity and a limited density. Therefore hemp concrete has very interesting hygrothermal properties: a low thermal conductivity which offers good insulation capacities and a high moisture permeability which favors moisture transport. Besidesit is characterized by a hysteretic hygrothermal behavior governed by humidity and temperature which determines the evolution of its properties. This work deals with the evaluation of the hemp concrete hygrothermal response to climatic stresses. This objective is a main issue for the development of that kind of material faced with energetics problemsand the notion of comfort feeling in buildings. The evaluation of the hygrothermal behavior of a hemp concrete wallis linked to coupled heat and mass transfer. Mass transfer is governed by moisture transport in liquid and vapor forms. Heat transfer is mainly carried out by conduction and phase change in pores. Moreover in building physics, external surfaces of porous walls are submitted to solar radiation, rain or phenomenon of natural and forced convectiondue to ambient temperature and wind or ventilation systems. Firstly a numerical HAM transfer model (HAM: Heat, Air and Moisture) able to take into account these phenomena is built. In order to feed this model, the modeling of hemp concrete hygrothermal properties is lead based on experimental characterization campaigns. The study points out also the influence of the hemp concrete hygrothermal properties depending on a variation of the density. The results of the model are thus compared to the experimental measures collected on a hemp concrete wall in a biclimatic room ofwhich regulation follows a chosen program. A sensitivity analysis to the parameters of the model enables to show that the hygrothermal transfer is very influenced by the moisture content parameter. The thermal dependence of the hysteretic effect determines the hydric capacity of moisture storage and the heat and moisture transportthrough the material. The consideration of this phenomenon is necessary to well understand and reproduce the hygrothermal behavior of the hemp concrete. The modeling of the hysteresis gives simulated results in good agreement with the experimental ones obtained under hydric and thermal cyclic stresses. Moreover the work is extended to the numerical study of the influence of the nature and the thickness of a coating layer on the external surfaces of a hemp concrete wall. Finally a discussion about the notion of hygrothermal comfort is carried out on a wall in real configuration ofoperation under typical annual climatic conditions

La simulation numérique des éoliennes flottantes est essentielle pour le développement des Energies Marines Renouvelables. Les outils de simulation classiquement utilisés supposent un écoulement stationnaire sur les rotors. Ces théories sont généralement assez précises pour calculer les forces aérodynamiques et dimensionner les éoliennes fixes (à terre ou en mer) mais les mouvements de la plateforme d’une éolienne flottante peuvent induire des effets instationnaires conséquents. Ceux-ci peuvent par exemple impacter la force de poussée sur le rotor. Cette thèse de doctorat cherche à comprendre et à quantifier les effets de l’aérodynamique instationnaire sur la tenue à la mer des éoliennes flottantes, dans différentes conditions de fonctionnement. L’étude montre que les forces aérodynamiques instationnaires impactent les mouvements de la plateforme lorsque le rotor est fortement chargé. Les modèles quasi-stationnaires arrivent néanmoins à capturer la dynamique des éoliennes flottantes avec une précision suffisante pour des phases de design amont. Les éoliennes flottantes à axe vertical sont elles aussi étudiées pour des projets offshore puisqu’elles pourraient nécessiter des coûts d’infrastructure réduits. Après avoir étudié l’influence de l’aérodynamique instationnaire sur la tenue à la mer de ces éoliennes, une comparaison est menée entre éoliennes flottantes à axe horizontal et à axe vertical. Cette dernière subit une importante poussée aérodynamique par vents forts, induisant de très grands déplacements et chargements. / Accurate numerical simulation of thesea keeping of Floating Wind turbines (FWTs) is essential for the development of Marine Renewable Energy. State-of-the-art simulation tools assume a steady flow on the rotor. The accuracy of such models has been proven for bottom-fixed turbines, but has not been demonstrated yet for FWTs with substantial platform motions. This PhD thesis focuses on the impact of unsteady aerodynamics on the seakeeping of FWTs. This study is done by comparing quasi-steady to fully unsteady models with a coupled hydro-aerodynamic simulation tool. It shows that unsteady load shave a substantial effect on the platform motion when the rotor is highly loaded. The choice of a numerical model for example induces differences in tower base bending moments. The study also shows that state of the art quasi-steady aerodynamic models can show rather good accuracy when studying the global motion of the FWTs. Vertical Axis Wind Turbines (VAWTs) could lower infrastructure costs and are hence studied today for offshore wind projects. Unsteady aerodynamics for floating VAWT sand its effects on the sea keeping modelling have been studied during the PhD thesis,leading to similar conclusions than for traditional floating Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs). Those turbines have been compared to HAWTs. The study concludes that, without blade pitch control strategy, VAWTs suffer from very high wind thrust at over-rated wind speeds, leading to excessive displacements and loads. More developments are hence needed to improve the performance of such floating systems.