Ce travail de thèse, constitué de deux parties apparemment très différentes, a pour objectif commun de modéliser et simuler certaines interfaces non classiques en mécanique des fluides et en mécanique des solides. Dans la première partie qu'est la partie principale du travail, l'écoulement de Stokes d'un fluide dans un canal encadré par deux parois solides parallèles est étudié. La surface d'une paroi étant supposée lisse, la condition d'adhérence parfaite classique est adoptée pour l'interface fluide-solide homogène correspondante. La surface de l'autre paroi étant supposée rugueuse et capable de piéger de petites poches d'air, l'interface liquide-solide correspondante est donc hétérogène. La première partie de ce travail consiste à homogénéiser l'interface liquide-solide hétérogène de façon à remplacer cette dernière par une interface fluide-solide homogène imparfaite caractérisée par une longueur de glissement effective. Le problème essentiel de déterminer la longueur de glissement effective est résolu par le développement : (i) d'une approche semi-analytique dans le cas où la surface rugueuse est périodique; (ii) d'une approche basée sur la méthode de solution fondamentale dans le cas où la surface rugueuse est aléatoire. Les résultats obtenus par les approches développées sont systématiquement comparés avec ceux délivrés par la méthode des éléments finis. La deuxième partie du travail est de déterminer les modules élastiques effectifs d'un composite fibreux dans lequel les interfaces entre la matrice et les fibres sont imparfaites et décrites par le modèle membranaire. Une méthode numérique efficace basée sur la transformée de Fourier est ainsi développée et implantée pour traiter le cas général où la section d'une fibre peut avoir une forme quelconque / The present work, consisting of two seemingly very different parties, aims at modeling and simulating some non-classical interfaces in fluid mechanics and solid mechanics. In the first part which is the main part of the work, the Stokes flow of a fluid in a channel bounded by two parallel solid walls is studied. The surface of a solid wall being assumed to be smooth, the classic perfect adherence condition is adopted for the corresponding homogeneous fluid-solid interface. The surface of the other wall being taken to be rough and capable of trapping small pockets of air, the corresponding liquid-solid interface is heterogeneous. The first part of this work is to homogenize the heterogeneous liquid-solid interface so as to replace it by an imperfect homogeneous fluid-solid interface characterized by an effective slip length. The essential underlying problem of determining the effective slip length is achieved by developing: (i) a semi-analytical approach when the rough surface is periodic; (ii) an approach based on the fundamental solution method when the surface is randomly rough. The results obtained by the developed approaches are systematically compared with those issued from the finite element method. The second part of the work is to determine the effective elastic moduli of a fiber composite in which the interfaces between the matrix and fibers are imperfect and described by the membrane model. An efficient numerical method based on the fast Fourier transform is developed and implemented to treat the general case where the section of a fiber can be of any shape

Le présent travail de thèse a pour but d'automatiser la détection des défauts de tissage, à l'aide d'un système informatisé fondé sur le traitement d'image. La structure du tissu, de par sa fabrication, est périodique par répétition de l'armure (dessin d'entrecroisement). L'apparition d'un défaut dans le tissu entraîne la destruction de cette périodicité. de ce fait, le défaut de tissage peut être détecté par la surveillance en continu de la structure du tissu pendant le tissage. Dans notre travail, les techniques de transformée rapide de Fourier et la corrélation croisée sont d'abord mises en œuvre, afin d'examiner les caractéristiques de régularité de la structure de l'image du tissu dans le domaine fréquentiel. Dans un deuxième temps, afin d'améliorer l'efficacité de la technique et d'éviter le problème d'erreur de détection, une opération de seuillage a été implémentée en utilisant un filtre de sélection de niveau. Au moyen de ce filtre, la technique mise en place est capable de détecter uniquement les défauts réels et de mettre en évidence leurs dimensions exactes. L'ensemble de cette procédure a été implémentée au moyen du progiciel Matlab ou Scilab. Puis l'ensemble des procédures a été mis en œuvre sur un tissu simulé, afin de comprendre le comportement du spectre de fréquences, de déterminer et d'optimiser les paramètres de détection les plus importants. Dans toutes ces procédures, le niveau de bruit a bien sûr été pris en compte. L'efficacité des procédures ayant été testée sur des tissus simulés dans un premier temps, elles ont été appliquées aux tissus sortant de machines à tisser. Ainsi, des échantillons contenant divers défauts ainsi que des échantillons écrus, unis ou de diverses couleurs ont pu être testés. Les techniques proposées ont aussi dans ces divers cas montré leur efficacité. En conclusion, un prototype fondé sur un dispositif de vision pour l'inspection des tissus sur métier à tisser en temps réel est proposé. / The purpose of this thesis is to automate the online detection of weaving defects by a computerized system based on image processing software. Obviously, fabric inspection has an importance to prevent risk of delivering inferior quality product. Until recently, the visual defect detection is still under taken offline and manually by humans with many drawbacks such as tiredness, boredom, and, inattentiveness. Fortunately, the continuous development in computer technology introduces the online automated fabric inspection as an effective alternative. Because the defect-free fabric has a periodic regular structure, the occurrence of a defect in the fabric breaks the regular structure. Therefore, the fabric defects can be detected by monitoring fabric structure. In our work, Fast Fourier Transform and Cross-correlation techniques, i.e. linear operations, are first implemented to examine the structure regularity features of the fabric image in the frequency domain. To improve the efficiency of the technique and overcome the problem of detection errors, further thresholding operation is implemented using a level selection filter. Through this filter, the technique is able to detect only the actual or real defects and highlight their exact dimensions. A software package such as Matlab or Scilab is used for this procedure. It is implemented firstly on a simulated plain fabric to determine the most important parameters during the process of defect detection and then to optimize each of them even considering noise. To verify the success of the technique, it is implemented on real plain fabric samples with different colours containing various defects. Finally, a vision-based fabric inspection prototype that could be accomplished on-loom to inspect the fabric under construction with 100% coverage is proposed.

Cette thèse s'intéresse aux méthodologies d'optimisation d'algorithmes de traitement de signal sur les architectures parallèles de processeurs embarqués. L'état de l'art des différentes architectures destinées au milieu embarqué permet de mettre en évidence les différents outils d'optimisation mis à disposition par les concepteurs de processeurs. L'accent est particulièrement mis sur les solutions bénéfiques aux calculs flottants intensifs, tout en notifiant les points communs et les divergences entre les différents processeurs. Le choix de l'algorithme de transformée de Fourier, comme algorithme représentatif des applications de traitement de signal, permet de détailler étape par étape les différents choix d'optimisation dans le cas d'une implémentation sur un PowerPC 970FX. Nous montrons comment à partir d'un algorithme radix-2, il est possible de réduire au plus prés du minimum la complexité de calcul grâce à l'usage de l'instruction de multiplication addition fusionnée. Nous proposons enfin une méthodologie de programmation multi-architectures utilisant le retour d'expérience précédent afin d'optimiser l'ordonnancement des instructions constituant l'algorithme.

Application aux calculs radiocristallographiques des algorithmes de transformation de Fourier rapide (Fast Fourier Transform (FFT)).

L'objectif principal du travail réalisé au cours de la thèse consistera à proposer une démarche théorique rigoureuse visant à intégrer les éléments microstructuraux et les gradients de déformation dans une approche micromécanique. La thèse comportera deux volets : - Dans une première partie, on s'attachera à établir un cadre théorique rigoureux permettant d'intégrer les effets du gradient de la déformation et les longueurs caractéristiques de la microstructure sur le comportement effectif des matériaux composites - L'approche par développement asymptotique conduit à la résolution d'une succession problèmes d'élasticité tridimensionnelle posée sur une cellule élémentaire du milieu périodique. La résolution de ces problèmes d'élasticité, et par conséquent la détermination des propriétés effectives du composite, nécessite la mise en œuvre d'une méthode de résolution numérique. Dans cette seconde partie du travail, il s'agira de proposer une méthode de résolution basée sur la transformée de Fourier rapide (Méthode FFT)

Ce travail vise à la construction d'un modèle élastoplastique endommageable pour une céramique poreuse à deux populations de pores saturés : le combustible nucléaire d'oxyde d'uranium fortement irradié et à haute température. La démarche suivie consiste en une approche multi-échelle basée sur l'hypothèse de séparation des échelles entre les deux populations de cavités (pores intragranulaires sphériques et pores intergranulaires ellipsoïdaux) et sur celle de l'isotropie macroscopique. Le modèle élastoplastique endommageable proposé traite séparément de l'élasticité, de la surface de plasticité et de l'évolution des paramètres internes du modèle avec le chargement. La prise en compte de pressions différentes dans chaque population de cavités est effectuée pour les trois régimes élasticité-plasticité-endommagement.

Dans ce mémoire, des méthodes spectrales basées sur la transformée de Fourier rapide ("fast Fourier transform" en anglais notée "FFT") sont développées pour résoudre les équations de champs et d’évolution des densités de dislocations polarisées ou géométriquement nécessaires dans la théorie de la mécanique des champs de dislocations ("Field Dislocations Mechanics" en anglais et notée "FDM") et de son extension phénoménologique et mésoscopique ("Phenomenological Mesoscopic Field Dislocations Mechanics" en anglais et notée "PMFDM"). Dans un premier temps, une approche spectrale a été développée pour résoudre les équations élasto-statiques de la FDM pour la détermination des champs mécaniques locaux provenant des densités de dislocations polarisées et des hétérogénéités élastiques présentes dans les matériaux de microstructure supposée périodique et au comportement élastique linéaire. Les champs élastiques sont calculés de façon précise et sans oscillation numérique même lorsque les densités de dislocations sont concentrées sur un seul pixel (pour les problèmes à deux dimensions) ou sur un seul voxel (pour les problèmes à trois dimensions). Ces résultats sont obtenus grâce à l’application de formules de différenciation spatiale pour les dérivées premières et secondes dans l’espace de Fourier basées sur des schémas à différences finies combinées à la transformée de Fourier discrète. Les résultats obtenus portent sur la détermination précise des champs élastiques des dislocations individuelles de types vis et coin, et des champs élastiques d’interaction entre des inclusions de géométries variées et différentes distributions de densités de dislocations telles que les dipôles ou les boucles de dislocations dans un matériau composite biphasé et des microstructures tridimensionnelles. Dans un second temps, une approche spectrale a été développée pour résoudre de façon rapide et stable l’équation d’évolution spatio-temporelle des densités de dislocations dans la théorie FDM. Cette équation aux dérivées partielles, de nature hyperbolique, requiert une méthode spectrale avec des filtres passe-bas afin de contrôler à la fois les fortes oscillations inhérentes aux approches FFT et les instabilités numériques liées à la nature hyperbolique de l’équation de transport. La validation de cette approche a été effectuée par des comparaisons avec les solutions exactes et les méthodes éléments finis dans le cadre de la simulation des phénomènes physiques d’annihilation ou d’extension/annihilation de boucles de dislocations. En dernier lieu, une technique numérique pour la résolution des équations de la PMFDM est développée dans le cadre d’une formulation FFT pour un comportement élasto-visco-plastique avec la prise en compte de la contribution des dislocations géométriquement nécessaires et statistiquement stockées ainsi que des conditions de saut de la distorsion plastique aux interfaces de type joint de grains ou joint de phases. Cette technique est par la suite appliquée à la simulation de la déformation plastique de structures modèles telles que des microstructures périodiques à canaux et des polycristaux métalliques / Fast Fourier transform (FFT)-based methods are developed to solve both the elasto-static equations of the Field Dislocation Mechanics (FDM) theory and the dislocation density transport equation of polarized or geometrically necessary dislocation (GND) densities for FDM and its mesoscopic extension, i.e. the Phenomenological Mesoscopic Field Dislocations Mechanics (PMFDM). First, a numerical spectral approach is developed to solve the elasto-static FDM equations in periodic media for the determination of local mechanical fields arising from the presence of both polarized dislocation densities and elastic heterogeneities for linear elastic materials. The elastic fields are calculated in an accurate fashion and without numerical oscillation, even when the dislocation density is restricted to a single pixel (for two-dimensional problems) or a single voxel (for three-dimensional problems). These results are obtained by applying the differentiation rules for first and second derivatives based on finite difference schemes together with the discrete Fourier transform. The results show that the calculated elastic fields with the present spectral method are accurate for different cases considering individual screw and edge dislocations, the interactions between inhomogeneities of various geometries/elastic properties and different distributions of dislocation densities (dislocation dipoles, polygonal loops in two-phase composite materials). Second, a numerical spectral approach is developed to solve in a fast, stable and accurate fashion, the hyperbolic-type dislocation density transport equation governing the spatial-temporal evolution of dislocations in the FDM theory. Low-pass spectral filters are employed to control both the high frequency oscillations inherent to the Fourier method and the fast-growing numerical instabilities resulting from the hyperbolic nature of the equation. The method is assessed with numerical comparisons with exact solutions and finite element simulations in the case of the simulation of annihilation of dislocation dipoles and the expansion/annihilation of dislocation loops. Finally, a numerical technique for solving the PMFDM equations in a crystal plasticity elasto-viscoplastic FFT formulation is proposed by taking into account both the time evolutions of GND and SSD (statistically stored dislocations) densities as well as the jump condition for plastic distortion at material discontinuity interfaces such as grain or phase boundaries. Then, this numerical technique is applied to the simulation of the plastic deformation of model microstructures like channel-type two-phase composite materials and of polycrystalline metals

Cette thèse étudie la gestion et la couverture du risque en s’appuyant sur la Value-at-Risk (VaR) et la Value-at-Risk Conditionnelle (CVaR), comme mesures de risque. La première partie propose un modèle d’évolution de prix que nous confrontons à des données réelles issues de la bourse de Paris (Euronext PARIS). Notre modèle prend en compte les probabilités d’occurrence des pertes extrêmes et les changements de régimes observés sur les données. Notre approche consiste à détecter les différentes périodes de chaque régime par la construction d’une chaîne de Markov cachée et à estimer la queue de distribution de chaque régime par des lois puissances. Nous montrons empiriquement que ces dernières sont plus adaptées que les lois normales et les lois stables. L’estimation de la VaR est validée par plusieurs backtests et comparée aux résultats d’autres modèles classiques sur une base de 56 actifs boursiers. Dans la deuxième partie, nous supposons que les prix boursiers sont modélisés par des exponentielles de processus de Lévy. Dans un premier temps, nous développons une méthode numérique pour le calcul de la VaR et la CVaR cumulatives. Ce problème est résolu en utilisant la formalisation de Rockafellar et Uryasev, que nous évaluons numériquement par inversion de Fourier. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à la minimisation du risque de couverture des options européennes, sous une contrainte budgétaire sur le capital initial. En mesurant ce risque par la CVaR, nous établissons une équivalence entre ce problème et un problème de type Neyman-Pearson, pour lequel nous proposons une approximation numérique s’appuyant sur la relaxation de la contrainte / This thesis studies the risk management and hedging, based on the Value-at-Risk (VaR) and the Conditional Value-at-Risk (CVaR) as risk measures. The first part offers a stocks return model that we test in real data from NSYE Euronext. Our model takes into account the probability of occurrence of extreme losses and the regime switching observed in the data. Our approach is to detect the different periods of each regime by constructing a hidden Markov chain and estimate the tail of each regime distribution by power laws. We empirically show that powers laws are more suitable than Gaussian law and stable laws. The estimated VaR is validated by several backtests and compared to other conventional models results on a basis of 56 stock market assets. In the second part, we assume that stock prices are modeled by exponentials of a Lévy process. First, we develop a numerical method to compute the cumulative VaR and CVaR. This problem is solved by using the formalization of Rockafellar and Uryasev, which we numerically evaluate by Fourier inversion techniques. Secondly, we are interested in minimizing the hedging risk of European options under a budget constraint on the initial capital. By measuring this risk by CVaR, we establish an equivalence between this problem and a problem of Neyman-Pearson type, for which we propose a numerical approximation based on the constraint relaxation