Ce travail de recherche porte sur la caractérisation de l'endommagement des matériaux composites carbone/époxyde stratifiés unidirectionnels. L'une des difficultés associée à son utilisation et qui limite encore son développement tient en particulier à la variabilité inhérente à son comportement, liée notamment à la présence de défauts induits en service. Ce travail de recherche propose une étude de l'endommagement par le biais d'un couplage de deux méthodes de suivi non destructives : l'émission acoustique (EA) et la thermographie infrarouge (TI). L'enjeu est d'analyser les corrélations spatiales et temporelles des événements acoustiques et thermiques mesurés lors de la sollicitation du matériau. A cette fin, la caractérisation par EA, et en particulier l'identification des mécanismes d'endommagement, est réalisée par le biais d'algorithmes de reconnaissance de forme non supervisés et de descripteurs acoustiques. Quant à la TI, les champs de température obtenus sont utilisés pour déterminer les champs de sources de chaleur qui mettent en évidence le comportement thermomécanique du matériau. Cette démarche s'appuie sur des arguments thermodynamiques et l'équation de la chaleur, un traitement du signal au vu du caractère bruité et discret de ces mesures ainsi qu'une modélisation micromécanique pour rendre compte de la conductivité thermique anisotrope du composite. Une première campagne expérimentale permet de caractériser le matériau par le biais de techniques classiques (essais de traction) et ultrasonores en immersion. L'endommagement généré et les corrélations entre les événements acoustiques et thermiques sont ensuite étudiés lors d'une seconde campagne expérimentale sous sollicitations quasi-statiques de traction puis sous sollicitations cycliques de fatigue uniaxiale. Ces études confirment la concordance des manifestations acoustiques et des dissipations thermiques pour un certain nombre de mécanismes d'endommagement.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des méthodes de couplage non-intrusives qui permettent de concilier deux types de logiciels : logiciels commerciaux généralistes et logiciels dédiés. L'objectif est d'appliquer un tel couplage pour le traitement des assemblages de plaques stratifiées.En effet, le comportement aux environs des zones critiques de ces matériaux composites nécessite une prise en compte fine (3D) des phénomènes en jeu alors que la pratique industrielle consiste à représenter les structures par des modèles simplifiés de plaques ou de coques.La méthode non-intrusive développée ici permet ainsi de « patcher » virtuellement le modèle plaque par des modèles 3D locaux, de coupler fortement le modèle global avec les patchs, sans modifier les maillages ni les modèles.Diverses stratégies de raccords sont envisagées, ainsi que des améliorations à la technique de couplage. / This thesis is part of the nonintrusive coupling methods framework which allow to merge to kind of software : general commercial software and dedicated software.The aim is to apply such coupling for the analysis of assembly of laminated plates.In fact, the behavior in composite material around critical zones requires to take in account complex phenomena (in 3D), whereas the industrial way of work is to simplify the structure with plate or shell model in order to handle very large structures.The nonintrusive coupling method developed here allow to virtually apply a 3D patch to the plate model in order to enriched the global description without any modification of the global meshes, models, or solver.Various methods of coupling and improvement to the classical nonintrusive coupling are proposed.

Le cancer du sujet âgé est un réel problème de santé publique. L’incidence du cancer augmentant avec l’âge couplée au vieillissement général de la population font que plus de la moitié des tumeurs diagnostiquées aujourd’hui le sont chez des patients de plus de 65 ans. Cependant, cette population hétérogène a longtemps été exclue des essais cliniques et le manque de données prospectives rend difficile la prise en charge de ces patients. Plusieurs publications soulignent l’importance et la complexité de réaliser des essais cliniques dans cette population. Les schémas classiques ne prenant pas en compte l’hétérogénéité, les essais de phase II spécifiques aux sujets âgés sont rares et généralement stratifiés en sous-groupes définis selon un critère gériatrique ce qui augmente le nombre de patients à inclure et donc diminue la faisabilité. L’objectif de cette thèse est de présenter, comparer et développer des schémas de phase II adaptatifs stratifiés permettant de prendre en compte l’hétérogénéité de la population âgée. L’utilisation de ce type d’approche permet de réduire le nombre de patients à inclure tout en maintenant la puissance statistique et en contrôlant le risque d’erreur de type I. Ce qui implique une diminution du coût et de la durée de l’étude et donc une augmentation de la faisabilité. Afin d’améliorer l’efficacité de la recherche clinique en oncogériatrie, il est donc primordial d’utiliser des schémas adaptatifs stratifiés prenant en compte l’hétérogénéité de la population et permettant d’identifier un sous-groupe d’intérêt susceptible de pouvoir bénéficier (ou non) de la nouvelle thérapeutique. / Elderly cancer is a real public health problem. With the overall aging population and the increased incidence of cancer, more than half of all tumors diagnosed today are in patients aged 65 years or older. However, this heterogeneous population has long been excluded from clinical trials and the lack from prospective data makes it difficult managing these patients. Many publications highlight the importance and the complexity of conducting clinical trials in this population. As classical phase II designs do not take into account the heterogeneity, elderly specific phase II clinical trials are very uncommon and generally conducted in specific subgroups defined by geriatric criteria which increases the number of patients to be included and thus reduces the feasibility. The objective of this thesis is to present, compare and develop stratified adaptive designs that address the heterogeneity of the elderly population. The use of this methodology can minimize the number of patients to be included while maintaining statistical power and controlling the type I error risk. This implies a reduction in the cost and duration of the study and thus increases the feasibility. In order to improve the efficiency of clinical research in geriatric oncology, it is essential to use stratified adaptive designs that take into account the heterogeneity of the population and make it possible to identify a subgroup of interest that might benefit (or not) from the new therapeutic.

L'utilisation des méthodes intégrales dans le milieu pétrolier est récente et reste limitée à des problèmes 2D, le puits étant modélisé comme un terme source. Dans ce travail, nous proposons une nouvelle méthode intégrale pour évaluer la performance des puits dans un réservoir stratifié à géométrie quelconque en 3D. Ici, l'écoulement dans le puits est pris en compte par deux types de conditions aux limites, la première linéaire, la seconde non-linéaire et non-locale. Nous avons démontré que chacun des deux modèles (linéaire et non-linéaire) est bien posé. Du point de vue numérique, nous avons développé une nouvelle formulation intégrale, équivalente au modèle linéaire. Les équations intégrales ont été discrétisées par une méthode de Galerkin. D'autre part, nous avons pu tirer profit du problème d'échelle pour faire une approximation filaire du puits. Les tests numériques montrent que cette nouvelle méthode intégrale permet de calculer l'indice de productivité du puits à 1% près.

L'utilisation extensive des matériaux composites dans l'industrie aéronautique nécessite une compréhension étendue de leur comportement mécanique et mécanismes d'endommagement. La prise en compte des effets environnementaux, température et vieillissement humide, dans la prévision du comportement à l'impact, des endommagements et des mécanismes associés reste un sujet encore peu traité actuellement. Dans ce travail différentes conditions de vieillissement humide (dénommées ci-après état neuf, 65% VH, et 90%VH) ont été appliquées au matériau de l'étude. La caractérisation des propriétés du pli et de l'interface ont été effectuée à température ambiante et 80°e. Une attention particulière a été portée à l'identification des propriétés en cisaillement plan. Un modèle d'endommagement progressif basé sur la mécanique de l'endommagement dans les milieux continus est proposé afin de décrire au mieux le comportement du pli élémentaire en prenant en compte les comportements fortement non-linéaires identifiés pour le cisaillement plan de ce matériau. Ce modèle matériau de comportement du pli est combiné avec des lois cohésives d'interface inter-laminaire utilisés dans des simulations numériques d'impact à faible vitesse afin de prédire la réponse mécanique à l'impact et les dommages. Le modèle de matériau a été implémenté dans le code de calcul explicite LS-Dyna. Des essais d'impact à différentes énergies ont été effectués afin de valider par comparaison essais-calcul l'approche utilisée. Une bonne adéquation est observée entre les résultats numériques et expérimentaux du matériau non-vieilli et testé à température ambiante pour ce qui concerne l'historique de la réponse globale et les dommages internes (rupture de fibre, fissures de matrice et délaminages). / The extensive application of composite laminates in aeronautical industries demands a thorough understanding of their mechanical behaviours and damage. The prediction of impact behaviour, impact damage and the associated mechanisms under complex environmental effects remain still an open issue. The effects of various humid ageing conditions (No ageing, 65% relative humidity and 90% relative humidity ageing) and environ mental temperatures (room temperature and 80°C) on the intra-Iaminar and inter-Iaminar properties are characterized. A particular emphasis is laid on the study of different non linear behaviours of in plane shear. A progressive damage model based on continuum damage mechanics is proposed to describe intra laminar mechanical behaviour by taking into account the identified in-plane shear nonlinear phenomenon. This model is then applied in numerical simulation on low velocity impact combined with cohesive law in interface to predict the impact response and associated damage (ie. Fibre failure, matrix cracks and delaminations). The damage model is implemented in LS Dyna as user defined material laws.lmpact tests on laminate coupons with different stratifications are performed to validate the numerical simulation. Good agreement is achieved especially for nonaged material under room temperature between numerical and experimental results in terms of contact force history, platedeflection and impact duration. By means of non-destructive inspection, the impact damage is coherent with predicted results concerning fiber damage location, matrix cracks especially the through thickness delamination.

La thèse concerne la modélisation de deux écoulements issus de problèmes géophysiques. Un premier problème a trait à la présence de tourbillons longitudinaux apparaissant dans les cours d'eau. L'origine de ces structures reste indéterminée. On aborde ce problème par une simulation numérique d'un écoulement turbulent cisaillé dans un canal ouvert utilisant un code pseudo-spectral. On tente de voir si un cisaillement de surface même faible est capable ou non de comprendre ces observations. Le second problème est lié à la resuspension des sédiments sur les bords d'une mer ou d'un lac par des ondes internes. Ces ondes existent à cause de la stratification en densité de la colonne d'eau. Lorsque elles s'approchent de la côte, elles se déstructurent générant un cisaillement sur le fond capable de resuspendre du sédiment. On a envisagé à nouveau cette étude par le biais de la simulation numérique directe. On examine comment l'onde interne se brise sur les bords en fonction de (a) la nature de la stratification, (b) la forme de la topographie du fond et (c) l'amplitude des ondes. On calcule dans chaque cas le cisaillement sur le fond. On en déduit le flux et le transport de sédiment dans toute la colonne d'eau. / This thesis studies the modeling of two problems that take their origin from a geophysical context. A first problem is related to the presence of longitudinal vortices which have been measured in rivers. The origin of these structures remains unknown. We address this problem by numerical simulations of a sheared turbulent flows in an open channel using a pseudo-spectral code. We try to determine if the presence of an imposed shear at the surface coupled with a pressure gradient is capable or not to explain these observations. The second study focuses on the sediment resuspension on shores of seas or lakes by the action of internal waves. These waves exist because of density stratification of the water column. When waves approach the shore, their patterns evolve generating a shear on the bottom capable to resuspend sediment. By direct numerical simulations, we analyse how internal waves breaking changes according to (a) stratification, (b) bottom topography and (c) wave amplitude. We compute for each case the shear exerted on the bottom, the sediment flux and transport throughout the water column.

Ce mémoire aborde les questions relatives à la mise en place de procédures de conception rapide, fiable et automatisée des volumes élémentaires représentatifs (VER) d’un matériau composite à microstructure complexe (matrice/inclusions), et de la détermination de leurs propriétés homogénéisées ou effectives. Nous avons conçu et développé des algorithmes conduisant à des outils efficaces permettant la génération aléatoire de tels matériaux à inclusions sphériques, cylindriques, elliptiques ou toute combinaison de celles-ci. Ces outils sont également capables d’altérer les inclusions : inflation, déflation, arrachements aléatoires, ondulation et de les pelliculer permettant ainsi de générer des VER s’approchant des matériaux composites fabriqués. Un soin particulier a été porté sur la génération de VER périodiques. Les caractéristiques homogénéisées ou propriétés effectives de matériaux constitués de tels VER périodiques peuvent alors être déterminées selon le principe d’homogénéisation périodique, soit par une méthode basée sur un schéma itératif utilisant la FFT (Transformation de Fourier Rapide) via l’équation de Lippmann-Schwinger, soit par une méthode d’éléments finis. Le caractère aléatoire de la génération nous amène à réaliser des études en moyenne à partir d’un ensemble de paramètres morphologiques déterminé : nombre d’inclusions, type et forme, fraction volumique, orientation des inclusions, prise en compte d’une éventuelle altération. Deux études particulières sur la conductivité thermique apparente ont été menées, la première sur les composites à inclusions sphériques pelliculées de façon à déterminer l’influence de l’épaisseur de la pellicule et la seconde sur les composites de type stratifié en polymère et fibre de carbone, cousu par un fil de cuivre pour évaluer l'apport de la couture en cuivre selon la fibre de carbone utilisée. / This thesis focuses on setting up of fast, reliable and automated approaches to design representative volume elements (RVE) of composite materials with complex microstructures (matrix/inclusions) and the evaluation of their effective properties via a homogenization process. We developed algorithms and efficient tools for the random generation of such materials. Inclusions shapes may be spherical, cylindrical, elliptical or any combinations of them. Inflation, deflation, dislocation, undulation and coating are also available to generate RVE. The aim is to approach realistic materials subjected to be damaged during production. Particular attention has been focused on the periodic RVE generation.The homogenized characteristics or effective properties of materials formed from such periodic RVE may then be determined according to the principle of periodic homogenization, by an iterative scheme using FFT (Fast Fourier Transform) via the integral Lippmann-Schwinger or by a finite elements method.The stochastic generation of RVE and the set of morphological parameters studied: number of inclusions, type and shape, volume fraction, orientation of the inclusions lead to achieve an average process. Moreover, a special study has been led to take into account the behavior of altered inclusions. Furthermore, we studied two particular cases on the apparent thermal conductivity of the composite, the first for coated spherical inclusions in order to determine the influence of the layer thickness and the second for laminated polymer and carbon fiber composite sewn by a copper wire, in order to determine the influence of the sewing contribution according to the carbon fiber used.

Avec le développement des techniques d’imagerie telles que la tomographie par rayons X au cours des dernières années, il est maintenant possible de prendre en compte la microstructure réelle dans les simulations des matériaux composites. Cependant, la complexité des composites tels que des fibres inclinées et brisées, les vides, exige un grand nombre des données à l’échelle microscopique pour décrire ces détails et amène ainsi des problèmes difficiles en termes de temps de calcul et de mémoire lors de l’utilisation de méthodes de simulation traditionnelles comme la méthode Eléments Finis. Ces problèmes deviennent encore plus sérieux dans la simulation de l’endommagement, comme la propagation des fissures. Par conséquent, il est nécessaire d’étudier des méthodes numériques plus efficaces pour ce genre de problèmes à grande échelle. La méthode Multigrille (MG) est une méthode qui peut être efficace parce que son coût de calcul est proportionnel au nombre d’inconnues. Dans cette thèse, un solveur de MG efficace pour ces problèmes est développé. La méthode MG est appliquée pour résoudre le problème d’élasticité statique basé sur l’équation de Lamé et aussi le problème de la propagation de fissures basé sur une méthode de champ de phase. La précision des solutions MG est validée par une solution analytique classique d’Eshelby. Ensuite, le solveur MG est développé pour étudier le processus d’homogénéisation des composites et ses solutions sont comparées avec des solutions existantes de la littérature. Après cela, le programme de calcul MG est appliqué pour simuler l’effet de bord libre dans les matériaux composites stratifiés. Une structure stratifiée réelle donnée par tomographie X est d’abord simulé. Enfin, le solveur MG est encore développé, combinant une méthode de champ de phase, pour simuler la rupture quasi-fragile. La méthode MG présente l’efficacité à la fois en temps de calcul et en mémoire pour résoudre les problèmes ci-dessus. / With the development of imaging techniques like X-Ray tomography in recent years, it is now possible to take into account the microscopic details in composite material simulations. However, the composites' complex nature such as inclined and broken fibers, voids, requires rich data to describe these details and thus brings challenging problems in terms of computational time and memory when using traditional simulation methods like the Finite Element Method. These problems become even more severe in simulating failure processes like crack propagation. Hence, it is necessary to investigate more efficient numerical methods for this kind of large scale problems. The MultiGrid (MG) method is such an efficient method, as its computational cost is proportional to the number of unknowns. In this thesis, an efficient MG solver is developed for these problems. The MG method is applied to solve the static elasticity problem based on the Lame's equation and the crack propagation problem based on a phase field method. The accuracy of the MG solutions is validated with Eshelby's classic analytic solution. Then the MG solver is developed to investigate the composite homogenization process and its solutions are compared with existing solutions in the literature. After that, the MG solver is applied to simulate the free-edge effect in laminated composites. A real laminated structure using X-Ray tomography is first simulated. At last, the MG solver is further developed, combined with a phase field method, to simulate the brittle crack propagation. The MG method demonstrates its efficiency both in time and memory dimensions for solving the above problems.

L'interaction entre des ondes d'inertie-gravité et un vortex en milieu stratifié tournant est étudiée expérimentalement, et numériquement au moyen de simulations basées sur la théorie WKB, ou théorie des rais. Cette étude est réalisée dans le cadre d'applications aux écoulements géophysiques. On considère l'interaction d'ondes planes avec un vortex cyclonique: des vortex forcés, plutôt baroclines, sont créés par la rotation d'un disque tournant; des vortex libres allongés, plutôt barotropes, sont créés par aspiration. Contrairement aux écoulements uni-directionnels, dans des écoulements axisymmétriques, les simulations WKB et les expériences confirment l'existence de 'couches' critiques, d'épaisseur finie, où certaines ondes sont piégées. Les simulations WKB reproduisent bien les expériences et sont mises à contribution pour expliquer le déclenchement du déferlement: on introduit un nombre de Reynolds d'interaction, Rewave, qui mesure la valeur relative du taux de décroissance de la longueur d'onde lors du piégeage par rapport au taux d'amortissement visqueux. Pour les vortex baroclines, les couches critiques sont inclinées et les ondes piégées ne déclenchent pas de déferlement, du fait de valeurs trop faibles du nombre de Reynolds. Pour les vortex barotropes, les couches critiques sont quasi-verticales, et la majeure partie des ondes se propageant face à l'écoulement y sontt piégées, provoquant un déferlement dans les expériences où le nombre de Reynolds est suffisamment élevé (Rewave >200). Ce déferlement est associé à une inversion locale du champ de densité, qui déclenche une instabilité convective, et conduit à un dépôt de vorticité négative dans la zone extérieure du vortex. Quant au mélange, il est associé à deux mécanismes distincts: la perturbation du vortex par le champ d'ondes forme des bandes de mélange chaotique; le déferlement génère des zones turbulentes, dont la pénétration vers le coeur du vortex dépend de l'énergie apportée par les ondes déferlentes.

L'Est valentinois et le bassin de Crest constituent une partie de la moyenne vallée du Rhône séparant le Massif Central des Alpes ; cette dépression synclinale à coeur miocène orientée N- S, est largement recouverte d'alluvions quaternaires. L' étude sédimentologique des dépôts détritiques néogènes permet d'une part , de souligner le rôle primo dial joué par les apports alpins dans le remplissage du bassin et d'autre part , de retracer la paléogéographie de la région . La transgression débute au Burdigalien dans le bassin de Crest ; au cours du Langhien la mer gagne progressivement l'ensemble de la plaine de Valence . Au Tortonien supérieur ,le régime devient continental puis, après une intense érosion messinienne, une nouvelle ingression marine pliocène envahit les paléo vallées du Rhône et de ses affluents. L'étude hydrogéologique constitue une première approche globale de caractérisation de l'aquifère molassique . La connaissance précise du contexte géologique amène à la proposition d'un schéma simple du magasin aquifère. Une esquisse de la piézométrie a été dressée . l'estimation des paramètres hydrodynamiques permet de différentier la nappe superficielle circulant dans les alluvions quaternaires de la nappe profonde circulant dans les sables molassiques . L'hétérogénéité, tant verticale qu'horizontale est manifeste et l'étude géochimique confirme l'existence d'une stratification de I'aquifère miocène. La nappe est principalement alimentée par le toit , par infiltration des pluies efficaces . D'autres modes d' alimentation possibles sont envisagés .