La représentation de phénomènes de rupture localisée (fissure, décohésion…) rend nécessaire l'utilisation de modèle de plus en plus fin et couteux en calcul. Pour pallier à ce problème de nombreux modèles multi-échelles ont permis de faire cohabiter deux échelles de modèles différents dont l'un plus grossier permet des gains de calculs substantiels. Cependant, coupler deux modèles différents peut entrainer un certain nombre d'incompatibilités qui peuvent générer notamment des réflexions parasites au niveau des interfaces. La première partie de mes travaux traite de l'incompatibilité issue du passage d'un comportement non-local à un comportement local dans un milieu discret. De nouveaux schémas de construction à l'interface sont proposés afin de réduire in fine les phénomènes de réflexions. La deuxième partie aborde une seconde source d'incompatibilité due au changement d'échelle de discrétisation dans un milieu continu local. Une nouvelle méthode de dissipation sélective permet de réduire les phénomènes de réflexions en absorbant les phénomènes microscopiques. Finalement, l'ensemble de ces démarches sera mis en place sur un modèle de béton fibré pour observer l'évolution de phénomène localisé en dynamique explicite. / Representation of localized phenomena like failures or cracks requires models increasingly precise and cpu consuming. To overcome this problem many multiscale models allowed to coexist two scales of different models including a coarser one that enables to gain substantial time calculations. However, coupling two different models may cause a number of incompatibilities that can generate difficulties such as spurious reflections at the interfaces. The first part of my work deals with the incompatibility after the passage of a non-local behavior at a local behavior in a discreet environment. New construction schemes at the interface are proposed to reduce the reflection phenomena. The second part deals with a second source of incompatibility due to the scaling of discretization in a local continuum. A new method for selective dissipation reduces reflection phenomena absorbing microscopic phenomena. Finally, all of these steps will be implemented on a model of fiber-reinforced concrete to observe the evolution of localized phenomenon in explicit dynamics.

La chimie de coordination de complexes cuivreux du type [Cu(PP)(NN)]+ (PP : ligand bisphosphine et NN : ligand phénanthroline) a été étudiée. La stabilité des complexes hétéroleptiques dépend de la nature du ligand PP. Des complexes hétéroleptiques stables et fortement luminescents ont été obtenus en utilisant le ligand POP (bis[2-diphénylphosphinophényl]éther). Lors de la préparation de cette première famille de complexes cuivreux, nous avons découvert fortuitement qu'il était aussi possible d'obtenir des complexes de type [Cu(PP)2][BF4]. Cette nouvelle famille de composés possède des propriétés de luminescence remarquable qui ont été exploitées pour l'élaboration de diodes électroluminescentes. Finalement, nous nous sommes également intéressés à l'élaboration de matériaux donneur-accepteur en associant les fullerènes avec nos complexes du Cu(I).

Le secteur des logements présente un potentiel non négligeable d'économies d'énergie surtout au niveau du chauffage qui constitue une part importante des factures énergétiques en France. Notre travail s'inscrit dans l'optique de réduction des consommations énergétiques des logements en étudiant le transfert thermique dans les parois opaques du bâti ancien et en étudiant différentes configurations et différents types d'isolants thermiques. Après une analyse du contexte et des enjeux de la problématique énergétique des bâtiments anciens, nous avons abordé une analyse typologique des maisons anciennes lilloises en identifiant les quatre familles principales de typologies : la maison de courée, la maison ouvrière, la maison de ville et la maison bourgeoise ; en identifiant ainsi leurs ressemblances et leur variantes. Ensuite, nous avons étudié en détails le transfert thermique dans un mur en brique caractéristique de la région Nord-Pas-de-Calais; une étude expérimentale a été comparée à diverses approches théoriques en divers régimes (régime permanent, régime harmonique et régime quelconque). Après l'étude du mur dans son état initial (avant isolation), nous avons caractérisé expérimentalement cinq matériaux isolants (polystyrène, laine de bois, laine de mouton, lin et métisse) pour étudier ensuite leur apport en termes de réduction de déperditions thermiques pour le mur étudié. Nous avons appliqué expérimentalement 3 cm de polystyrène pour l'isolation du mur afin de valider la méthode théorique. Une fois cette dernière validée, une comparaison de différents matériaux isolants et différentes configurations (isolation par l'intérieur et isolation par l'extérieur) a été établie afin d'identifier la configuration et le(s) matériau(x) le(s) plus intéressant(s). Enfin, des simulations thermiques dynamiques à l'échelle du bâtiment ont été réalisées pour les différentes typologies dans le but de valider les résultats obtenus à l'échelle du mur, de comparer les performances énergétiques des différentes typologies et de quantifier les économies d'énergie possibles pour différents bouquets de travaux d'isolation. / The housing sector has a significant energy saving potential especially in terms of heating which constitutes an important part of energy bills in France. Our work joins the optics of reducing energy consumption of housing by studying heat transfer in the opaque walls of old buildings and studying different configurations and types of thermal insulation materials. After an analysis of the context and the energy’s problematic of old buildings, we discussed a typological analysis of Lille’s old houses by identifying four main families of typologies: the “courée” house, the worker’s house, the town house and the mansion, thereby identifying their similarities and variations. Then, we thoroughly studied the heat transfer in a brick wall characteristic of the Nord-Pas-de-Calais region; an experimental study was compared to various theoretical approaches in various regimes (steady state, harmonic, and random regime). After the study of the wall in its initial state (before insulation), we experimentally characterized five insulating materials (polystyrene, wood wool, sheep wool, linen and recycled textile) in order to study then their contribution in terms of heat losses’ reduction through the studied wall. We experimentally applied 3 cm of polystyrene wall insulation to validate the theoretical method. Once it was validated, a comparison of different insulating materials and configurations (interior insulation and external insulation) was established to identify the most interesting configuration and insulation material(s). Finally, dynamic thermal simulations on the building scale were carried out for the different buildings typologies in order to validate the results obtained on the wall scale, to compare the energy performance of the different building typologies, and quantify the energy savings potential for thermal insulation scenarios.

Le problème de la modélisation de la diffusion d'une onde électromagnétique par une surface rugueuse naturelle (océan, sable...) ou artificielle (routes...) intervient dans de nombreuses applications radar. La nature géométrique et physique des contributeurs ainsi que leur répartition sur la surface entraînent souvent des interactions difficiles à quantifier par des méthodes exactes et/ou asymptotiques numériques. <br />D'autre part, nous avons établi, à partir de nos recherches bibliographiques dans le domaine des surfaces rugueuses, que la diffusion totale par de telles surfaces est la somme d'une diffusion de surface (fonction des irrégularités sur la surface) et d'une diffusion de volume (due aux inclusions dans le sol).<br /><br />Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode analytique rigoureuse de calcul de la puissance totale diffusée par des sols rugueux basée sur l'utilisation conjointe de la Méthode de l'Equation Intégrale ou IEM (diffusion de surface) et de la Théorie du Transfert Radiatif (diffusion de volume). <br /><br />Dans nos applications, nous nous sommes intéressés à des surfaces rugueuses en asphalte et en béton. Nous avons évalué le coefficient de rétrodiffusion en considérant aussi le cas rarement traité de l'incidence rasante (pour des applications radar d'assistance à la conduite). Nous avons ensuite généralisé cette étude au comportement de la diffusion bistatique (diffusion dans des directions autres que la direction d'incidence).<br /><br />Une autre partie intéressante de ces travaux a concerné l'évaluation du comportement d'un objet dans son environnement proche. Il s'avère en effet nécessaire, sous certaines incidences, de prendre, de plus, en compte la contribution du couplage entre un objet et son environnement immédiat. Les interactions directes onde électromagnétique - objet sont évaluées par les modules de calcul de la surface équivalente radar (SER) d'objets complexes 3D réalisés au laboratoire. L'environnement (surface rugueuse dans notre cas) est caractérisé par son coefficient de diffusion bistatique déterminé par les méthodes électromagnétiques étudiées et précitées. Ainsi, il a été possible d'élaborer une méthode de calcul de la SER d'un objet complexe 3D en tenant compte de l'influence de son environnement naturel.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

A compact air separator demonstrator based on centrifugally enhanced distillation has been studied. The full size device is meant to be used on board of a Two Stage To Orbit vehicle launcher. The air separation system must be able to extract oxygen in highly concentrated liquid form (LEA, Liquid Enriched Air) from atmospheric air. The LEA is stored before being used in a subsequent rocket propulsion phase by the second stage of the launcher. Two reference vehicles are defined, one with a subsonic first stage and one with a supersonic first stage. In both cases, oxygen collection is performed during a cruise phase (M 0.7 and M 2.5 respectively). The aim of the project is to demonstrate the feasibility of the air separation system, investigate the separation cycle design, and assess that the separator design selected is suitable for the reference vehicles. The project is described from original base ideas to design, construction, extended testing and analysis of experimental results. Preliminary computations for a realistic layout have been performed and the motivations for the choices made during the process are explained. Test rig design, separator design and technical discussion are provided for a subscale pilot unit. Mass transport parameters and flooding limits have been estimated and experimentally measured. Performance has been assessed and shown to be sufficient for the reference Two Stage To Orbit vehicles. The technology developed is found suitable without further optimization, although some volume and mass reduction would be desirable for the supersonic first stage concept. There are many ways of optimisation that can be further investigated. The aim of this program, however, is not to fully optimize the device, but to demonstrate that a device based on a simple, robust, low-risk design is already suitable for the launch vehicles. On top of that analysis, directions for improvements are suggested and their potentials estimated. A complete assessment of those improvements requires further maturation of the technological concept through further testing and practical implementations. Directions for future work, general conclusions and a vehicle development roadmap have also been provided.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La formulation de nouvelles nuances d’aciers présentant des caractéristiques mécaniques équivalentes pour des épaisseurs moindres et la plus-value associée à la possibilité d'assembler deux nuances différentes, nécessitent le développement et la maîtrise des procédés d’assemblage. Grâce à sa haute précision et à sa flexibilité, le procédé de soudage par laser est devenu une des principales techniques pour le raboutage des flans d'aciers de nature différente. La prédiction de la composition chimique locale de la zone fondue formée entre deux aciers en fonction des paramètres de soudage est de grande importance, puisque la dilution et la distribution des éléments d'alliage conditionnent la résistance mécanique finale du cordon. La présente étude a pour objectif la conception et la validation d’un modèle numérique multi-physiques décrivant la formation du mélange dans le cordon de soudure entre des aciers de nature différente, obtenu par fusion laser. Pour une meilleure compréhension du mélange issu de la diffusion et de la convection dans le bain liquide formé lors d'un soudage laser débouchant, une simulation 3D à l'aide du code de calcul commercial Comsol Multiphysics®, couplant les transferts thermiques, l’écoulement du métal liquide, et la diffusion des espèces, a été réalisée afin de prédire la géométrie du bain liquide et d'obtenir des informations sur la distribution des éléments chimiques à l'intérieur du cordon. Afin de réduire le temps de calcul, le modèle a été développé avec les hypothèses simplificatrices suivantes : le capillaire de vapeur a une géométrie fixe et l’ensemble des équations est résolu sous forme pseudo-stationnaire. Un modèle d’écoulement turbulent est utilisé pour le calcul du champ de vitesse. La loi de Fick est introduite pour modéliser le transport des espèces dans le bain liquide. Dans un premier temps et afin de valider les hypothèses sur les phénomènes de convection, une série d’essais de soudage avec des inserts de nickel pur, utilisés comme traceur chimique, a été réalisée pour cartographier post-mortem la distribution du nickel dans le cordon de soudure. Les résultats de la simulation numérique ont été trouvés en bon accord avec les résultats expérimentaux. Par la suite, le modèle a été appliqué au cas du soudage entre un acier Dual Phase et un acier TWIP riche en manganèse et enfin adapté à l'étude du mélange des revêtements dans le bain de métal liquide formé durant le soudage laser. / The design of new steel grades offering equivalent mechanical performances for lower thicknesses and the added value with the possibility to join two different steel grades, require development and control of joining processes. Thanks to high precision and good flexibility, the laser welding became one of the most used processes for joining of dissimilar welded blanks. The prediction of local chemical composition in the weld formed between dissimilar steels in function of the welding parameters is essential because the dilution rate and the distribution of alloying elements in the melted zone determine the final tensile strength of the weld. The goal of the present study is to create and to validate a multiphysical numerical model studying the mixing of dissimilar steels in laser weld pool. For a better understanding of materials mixing based on convection-diffusion process in the melted pool in case of full penetrated laser welding, a 3D simulation developed within COMSOL Multiphysics®, including heat transfer, fluid flow and transport of species has been performed to provide the weld geometry and quantitative mapping of elements distributions in the melted zone. In order to reduce computation time, the model has been developed basing on the following hypothesis: a steady keyhole approximation and solved in quasi-stationary form. Turbulent flow model was used to calculate velocity field. Fick law for diluted species was integrated to simulate the transport of alloying elements in the weld pool. In parallel, to validate the model, a number of experiments using pure Ni foils as tracers have been performed to obtain mapping post-mortem of Ni distribution in the melted zone. The results of simulations have been found in good agreement with experimental data. Afterwards the model was applied to laser welding between Dual Phase steel (DP) and high Mn steel (TWIP) and finally it was adapted to the study of coating dissolution in laser weld pool.

A compact air separator demonstrator based on centrifugally enhanced distillation has been studied. The full size device is meant to be used on board of a Two Stage To Orbit vehicle launcher. The air separation system must be able to extract oxygen in highly concentrated liquid form (LEA, Liquid Enriched Air) from atmospheric air. The LEA is stored before being used in a subsequent rocket propulsion phase by the second stage of the launcher. Two reference vehicles are defined, one with a subsonic first stage and one with a supersonic first stage. In both cases, oxygen collection is performed during a cruise phase (M 0.7 and M 2.5 respectively). The aim of the project is to demonstrate the feasibility of the air separation system, investigate the separation cycle design, and assess that the separator design selected is suitable for the reference vehicles.<p><p>The project is described from original base ideas to design, construction, extended testing and analysis of experimental results. Preliminary computations for a realistic layout have been performed and the motivations for the choices made during the process are explained. Test rig design, separator design and technical discussion are provided for a subscale pilot unit. Mass transport parameters and flooding limits have been estimated and experimentally measured. Performance has been assessed and shown to be sufficient for the reference Two Stage To Orbit vehicles. The technology developed is found suitable without further optimization, although some volume and mass reduction would be desirable for the supersonic first stage concept. There are many ways of optimisation that can be further investigated. The aim of this program, however, is not to fully optimize the device, but to demonstrate that a device based on a simple, robust, low-risk design is already suitable for the launch vehicles. On top of that analysis, directions for improvements are suggested and their potentials estimated. A complete assessment of those improvements requires further maturation of the technological concept through further testing and practical implementations.<p><p>Directions for future work, general conclusions and a vehicle development roadmap have also been provided.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished