Dans cette thèse, nous proposons un ensemble d'outils nécessaires à l'élaboration d'un simulateur de chirurgie. Dans un premier temps, nous définissons plusieurs modèles déformables physiques temps réels permettant de simuler les déformations et la découpe d'organes du corps humain. Ces modèles s'appuient sur la théorie de l'élasticité et la méthode des éléments finis. Nous avons tout d'abord travaillé sur l'enrichissement du modèle élastique linéaire en le généralisant au cas des matériaux dont le comportement est anisotrope, soit en raison de la présence de fibres (muscles, tendons), soit parce qu'ils sont entourés d'une peau (capsule de Glisson pour le foie). Cependant, la principale limitation de l'élasticité linéaire est de n'être valable que dans l'hypothèse de petits déplacements. Nous proposons donc un nouveau modèle déformable mettant en oeuvre l'élasticité non-linéaire de St Venant-Kirchhoff, qui reste valable pour les grands déplacements. Après avoir étendu ce modèle aux matériaux anisotropes, nous proposons plusieurs méthodes d'optimisation des calculs, soit en utilisant un algorithme adaptatif qui combine les modèles linéaires et non-linéaires, soit à partir d'une nouvelle formulation. La seconde partie de ces travaux porte sur la simulation des interactions entre les instruments chirurgicaux et les organes virtuels. Pour cela, nous avons modélisé les contacts, ainsi que certaines actions spécifiques comme le glissement, la préhension et la découpe. De plus, nous nous sommes intéressés aux problèmes liés à l'utilisation d'interfaces à retour d'effort.

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l'échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt/Co)3/Pt /IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l'électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l'interface Co/IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d'anisotropie d'échange, caractérisée par le champ d'échange HE. L'étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d'épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l'insertion d'une couche mince (spacer) de Pt à l'interface Co/IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l'épaisseur des couches de Co est tCo = 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo = 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu'en l'absence du spacer et pour tCo =0,4 nm, les atomes d'Ir et de Mn diffusent dans toute l'épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo = 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l'épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d'Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo =0,4 nm, l'ajout du spacer, en limitant très fortement l'interdiffusion à l'interface entraîne l'augmentation de HE . Pour tCo =0,6 nm, la diffusion étant limitée, l'ajout d'un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l'éloignement des spins de Co et Mn.

Cette thèse étudie la rupture de plaques élastiques fragiles dans deux configurations qui conduisent à une propagation en spirale : soit à la suite d' étirement provoqué par le contact avec un indenteur qui pousse toujours sur la même lèvre de la fissure, soit en tirant une languette perpendiculairement au plan de la plaque. Dans le premier cas, on étudie expérimentalement la réponse élastique du système, et on prédit les conditions pour la propagation, ainsi que la direction, à partir du critère du maximum du taux de restitution de l´énergie. En suivant ces résultats, une propagation en spirale logarithmique est alors prédite, ce qui est confirmé par les expériences. Malgré un chargement mécanique différent, la deuxième expérience se ramène à un problème très similaire, avec cependant un taux de croissance de la spirale logarithmique plus faible. Ce processus de rupture à croissance exponentielle a fait l'objet d'un dépôt de brevet pour l'ouverture facile d'emballage. Dans les deux expériences, on observe cependant que la forme des spirales est perturbée de façon similaire par l'anisotropie des propriétés du matériau. Une extension du modèle est proposée pour tenir compte de ces effets.

L'oxyde thermoélectrique (TE) Ca3Co4O9 se place avantageusement pour les applications de conversion d'énergie en raison de ses bonnes propriétés TE, ses stabilités chimique et thermique à l'air à haute température et l'absence de biotoxicité. Une étude comparative des apports respectifs de procédés de consolidation (frittage conventionnel-CS, pressage à chaud-HP et frittage flash-SPS) a été menée pour déterminer les conditions expérimentales d'obtention de céramiques Ca3Co4O9 aux caractéristiques TE et fiabilité optimisées pour être intégrées dans des dispositifs TE. Par le procédé HP, les conditions optimales (920°C, 30 MPa, 24 h) ont permis d'élaborer des matériaux denses (96 %) et fortement texturés, avec un maxima de pôles {001} de 22 mrd et une croissance notable des grains dans les plans (a,b). Il en découle une faible résistivité ab (5.25 m.cm à 900 K) et donc un facteur de puissance PFab remarquable (595 µW.m-1.K-2). Les caractéristiques mécaniques sont considérablement améliorées en comparaison avec la céramique CS. Des céramiques plus denses (99.6 %) ont été élaborées dans des temps très courts par SPS, mais avec une faible texture. PFab est plus faible que celui obtenu par HP. Les propriétés mécaniques sont toutefois meilleures. D'autre part, des matériaux Ca3Co4O9 multicouches ont été élaborés et les propriétés TE obtenues sont anisotropes. L'anisotropie de la résistivité c/ab vaut 13.5 dans la plage 0-350 K, mais diminue au-delà de 350 K et avoisine 8.8 à 900 K. L'anisotropie PFab/PFc vaut 12 à 900 K. La conductivité thermique abest plus élevée que c. Le facteur de mérite est plus élevé dans les plans (a,b), avec ZTab = 0.16 à 900 K et (ZTab/ ZTc) = 4.6.

Cette thèse étudie la différenciation des lithologies et fluides à partir de données sismique et de puits dans le réservoir gréseux peu consolidé à huile lourde Morichal (ceinture de l'Orénoque, Venezuela). Dans ces réservoirs, cette discrimination est complexe parce que les lithologies ont des propriétés élastiques similaires et qu'il en est de même pour les sables saturés en eau et ceux saturés en huile lourde (mêmes densités). Dans une première partie, cette problématique de discrimination est analysée au niveau des puits par la détermination d'électrofaciès puis en étudiant la relation entre propriétés pétrophysiques et élastiques. De petites variations de la taille des grains de la roche ou du pourcentage de ciment génèrent des changements de vitesses qui pourraient être utilisés pour discriminer lithologies et fluides. Afin de mieux comprendre pourquoi un premier calage puits-sismique a échoué, une deuxième partie de la thèse a été dédiée à la construction d'un modèle 3D du réservoir, habillé en faciès, propriétés pétrophysiques et élastiques. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour réaliser des tests de modélisations sismiques 1D et 2D, afin d'étudier les effets de l'anisotropie et de l'atténuation sur le signal sismique. En effet, l'anisotropie peut entraîner des changements de phase pour les grands angles d'incidence, et l'atténuation due à la présence d'huile lourde peut causer un retard de phase et un affaiblissement de l'amplitude. Ces deux phénomènes peuvent donc perturber le calage puits-sismique. Après analyse de ces tests, des pistes d'amélioration du calage puits-sismique dans ce contexte géologique sont proposées pour le futur.

Cette étude porte sur la caractérisation physique, chimique et mécanique de films minces de nitrure de silicium. Ces films sont utilisés pour accroître les performances des transistors en induisant une déformation dans le canal. Pour ce faire les films sont fortement contraints par les conditions de dépôts. Pour améliorer encore plus les performances des transistors, la contrainte du film a été augmentée en utilisant des films multicouches avec traitement plasma. Ce traitement engendre une désorption d'hydrogène permettant la recombinaison de nouvelles liaisons Si-N, conduisant à l'augmentation de la contrainte. Lors de cette première phase de densification, on constate par ailleurs que le module de Young augmente aussi bien dans plan que hors-plan. Ensuite, si le traitement se prolonge, la désorption s'arrête et on constate une deuxième phase au cours de laquelle la porosité du film diminue fortement. Cette diminution semble corrélée à l'accroissement supérieur du module de Young dans le plan par rapport à celui hors-plan, conduisant à une anisotropie du film. On suppose donc que les pores sont de forme colonnaire dans la direction hors-plan.

La réaction sulfatique interne est une pathologie qui affecte certains bétons hydrauliques ayant subi une élévation de température excessive au jeune âge. La formation tardive d'ettringite provoque un gonflement du béton, incompatible avec la rigidité du matériau et sa faible capacité en extension, ce qui engendre des fissurations dans la structure et des déformations différentielles incompatibles avec le fonctionnement en service de l'ouvrage. Le mécanisme de la réaction est assez complexe et il ne fait pas encore l'objet d'un accord complet dans la littérature. La description phénoménologique des gonflements nécessite la prise en compte de nombreux paramètres (composition du béton, conditions environnementales, histoire thermique et hydrique du béton...). Les modélisations proposées sont peu nombreuses, elles cherchent surtout à estimer l'amplitude finale maximale des gonflements et ne permettent pas de calculer l'état actuel d'un ouvrage où la réaction progresse plus ou moins en fonction du couplage avec les différents paramètres influents. S'appuyant sur ces constats et la nécessité de gérer les ouvrages atteints en prévoyant leur évolution, la présente recherche vise à développer une modélisation des effets mécaniques de la formation différée d'ettringite qui permette d'estimer l'état mécanique d'une structure atteinte. On présente donc une modélisation chimico-mécanique, formulée à l'échelle macroscopique. Le modèle est basé sur une approche thermodynamique décrivant la formation d'un cristal à l'intérieur d'un milieu poreux. Le comportement mécanique se trouve couplé à l'évolution d'une variable chimique décrivant l'avancement de la réaction, ce qui se traduit à chaque pas de temps par une déformation chimique imposée. L'amplitude et l'évolution de cette déformation sont décrites par une loi sigmoïdale modifiée dont les paramètres sont liés à la composition du béton et peuvent être identifiés expérimentalement dans des conditions standardisées. La valeur de calcul de la déformation chimique imposée tient également compte de l'histoire thermique au jeune âge du béton (qui a un effet sur le gonflement potentiel) et des conditions environnementales (température et humidité) qui ont un effet sur l'amplification des gonflements à chaque pas de temps. Un programme expérimental spécifique a permis de confirmer quantitativement le couplage proposé entre le potentiel d'expansion et l'histoire thermique au jeune âge. Le modèle est également écrit pour tenir compte de l'effet de la contrainte sur l'anisotropie du gonflement, qui constitue un phénomène important à l'échelle des ouvrages atteints, du retrait de séchage et de l'endommagement du module de Young en fonction de la déformation chimique induite par la réaction. Ce modèle a été implémenté dans le code de calcul CESAR-LCPC sous le nom RGIB, en intégrant et élargissant les fonctionnalités du module ALKA destiné aux structures atteintes d'alcali-réaction et constituant ainsi un nouveau module destiné au recalcul des structures atteintes de réaction de gonflement d'origine interne. On a appliqué ce module au recalcul de deux ouvrages ou parties d'ouvrages réels, afin de prédire leur comportement. On a adopté dans notre présentation des résultats une démarche progressive qui permet d'illustrer les différentes fonctionnalités du module. Les résultats trouvés sont satisfaisants et leur comparaison aux résultats in-situ montre une bonne coïncidence. Si le modèle proposé dans ce module RGIB rend compte des connaissances actuelles sur la RSI et ses effets, il met aussi en évidence les manques de connaissance quantitative sur cette réaction et les couplages qui l'influencent et l'importance de calibrages appropriés pour un recalcul précis des ouvrages atteints.

Mon travail de thèse a pour objet l'étude de fluides anisotropes en rotation rapide dans $\mathbb{R}^3$, quand la viscosité tend vers zéro avec le nombre de Rossby $\varepsilon > 0$. J'ai démontré en particulier des résultats d'existence globale pour des données arbitrairement grandes quand le nombre de Rossby $\varepsilon$ tend vers zéro et j'ai mis en lumière le rôle joué par l'effet dispersif. Dans la dernière partie de la thèse, j'ai démontré l'analyticité de la solution globale du système des fluides de grade deux pour des données initiales analytiques petites. Dans la première partie, j'ai considéré les équations de Navier-Stokes avec terme de rotation $\frac{u\wedge e_3}{\varepsilon}$, et avec viscosité verticale nulle et viscosité horizontale petite de l'ordre de $\varepsilon^\alpha$, avec $\alpha > 0$ dans le cas où le système limite, quand $\varepsilon$ tend vers zéro, est nul. J'ai démontré l'existence globale de la solution forte pour des données initiales grandes, quand $\varepsilon > 0$ est suffisamment petit. J'ai suivi la méthode introduite par J.-Y. Chemin, B. Desjardins, I. Gallagher et E. Grenier, c'est-à-dire, j'ai décomposé le système de départ en un système linéaire avec donnée initiale plus régulière et un système non-linéaire avec donnée initiale petite. Pour le système linéaire, une grande partie du travail consiste à adapter les estimations de Strichartz et à trouver de nouvelles estimations qui tiennent compte de la viscosité petite. Pour le système non-linéaire, j'ai utilisé une méthode de ``bootstrap'', plus délicate que dans le cas classique, à cause de la petitesse de la viscosité. Toujours dans cette première partie, j'ai également considéré le cas où le système limite n'est pas nul. Pour ce cas, j'ai montré, en ajoutant un terme de ``friction'' aux équations considérées, de bonnes estimations dissipatives et surtout de bonnes propriétés pour le système limite, ce qui m'a permis de montrer l'existence globale de solutions fortes. Dans le dernier paragraphe de cette partie, j'ai étudié une application importante de la méthode ci-dessus aux fluides en rotation rapide entre deux plaques infinies dans le cas la viscosité horizontale est petite, de l'ordre de $\varepsilon^\alpha$, $\alpha > 0$. La deuxième partie est un travail en collaboration avec Frédéric Charve (Université Paris 12 - Val de Marne). Il s'agit de l'étude des équations primitives dans $\mathbb{R}^3$ avec, comme précédemment, viscosité verticale nulle et viscosité horizontale de taille $\varepsilon^\alpha$, $\alpha > 0$. Nous avons développé la méthode de la première partie dans le cadre des équations primitives en adaptant au cas anisotrope les calculs faits par F. Charve dans le cas isotrope. La troisième partie est consacrée à l'étude du système de la magnéto-hydrodynamique en rotation rapide dans $\mathbb{R}^3$ dans le cas anisotrope. Je démontre d'abord des résultats d'existence locale (globale pour des données petites) et d'unicité de la solution forte. Avec des paramètres bien choisis, j'ai pu appliquer la méthode développée dans les deux premières parties et montrer que le système de la magnéto-hydrodynamique est globalement bien posé pour des données grandes. Finalement, dans la dernière partie de la thèse, j'ai considéré le problème de propagation de régularité pour le système des fluides de grade deux sur le tore $\mathbb{T}^3$. En utilisant une technique développée par J.-Y. Chemin, j'ai montré que, si la donnée initiale est petite dans une classe de Gevrey appropriée, la solution du système de fluides de grade deux existe globalement en temps, reste dans une certaine classe de Gevrey pour tout temps positif et est donc analytique.

Cette étude qui s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR traitant du comportement en fatigue des pièces forgées a pour objectif, d'une part, de comprendre les effets des hétérogénéités microstructurales issues de la phase de mise en œuvre sur les mécanismes d'endommagement en fatigue, et d'autre part, de proposer un critère d'endurance anisotrope adapté à la spécificité des composants mécaniques forgés. Dans une première partie, l'analyse des effets des procédés de déformation plastique (forgeage et laminage) sur la tenue en fatigue des composants métalliques obtenus est abordée. A partir de différentes campagnes d'essai, le comportement anisotrope en Fatigue à Grand Nombre de Cycles (FGNC) de différents aciers est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement en FGNC. Les effets de la microstructure et du contenu inclusionnaire sur les mécanismes d'endommagement sont particulièrement analysés. Des essais d'auto-échauffement sont également menés afin de tester l'utilisation de ces méthodes de caractérisation des propriétés en fatigue dites rapides dans le cas d'acier dont le comportement en fatigue est anisotrope. Un critère de fatigue probabiliste anisotrope est ensuite proposé. Basé sur l'hypothèse du maillon le plus faible, il permet d'exprimer de façon simple la compétition possible entre différents types de mécanismes. Le critère obtenu est adapté pour les matériaux contenant ou non des défauts et les prévisions peuvent être entre autres illustrées par le tracé d'un diagramme de Kitagawa probabiliste. Grâce à ce nouveau critère, des paramètres microstructuraux issus de l'opération de mise en forme peuvent être intégrés dans le calcul de dimensionnement en fatigue. Une optimisation de la préforme du composant ou des paramètres de mise en forme peut dès lors être envisagée.

Par la qualité et la variété de leurs propriétés mécaniques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés notamment dans le domaine naval militaire. En outre, la possibilité d'intégrer des fonctions intelligentes au sein même des matériaux représente à elle seule une avancée importante pour l'utilisation de ces composites. Afin de diminuer les coûts des inspections requises pour déceler l'apparition de défauts internes, il est préférable d'utiliser des matériaux intégrant directement un contrôle de santé. Ainsi, nous avons cherché à définir une méthode d'évaluation non destructive in situ, afin d'offrir une meilleure sécurité opérationnelle des structures à moindre coût. Dans ce travail l'utilisation des ondes de Lamb a été étendue au cas des matériaux anisotrope stratifiés. La propagation et les caractéristiques des modes dispersifs des ondes de Lamb ont été étudiées en relation avec les propriétés mécaniques des structures. La réalisation de plaques instrumentées a permis la détection expérimentale de défauts réalistes grâce à la définition de paramètres d'endommagement. L'emplacement des défauts a été estimé par un traitement de signal basé sur la transformée en ondelette discrète et continue. Enfin, les modes de Lamb fondamentaux ont été modélisés par la méthode des éléments finis à deux dimensions. Concomitamment, un blindage électromagnétique basé sur la conductivité électrique des fibres de carbone a permis d'obtenir une efficacité de blindage performant, adapté au domaine naval militaire. En particulier l'importance qualitative de la continuité électrique entre les différentes plaques composites sur la performance mesurée a été soulignée. Une modélisation générique basée sur la méthode des sources ponctuelles réparties a permis de modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un matériau composite. L'originalité de cette étude réside dans la démonstration de la faisabilité d'intégrer dans des matériaux composites des deux fonctionnalités indépendantes que sont la protection électromagnétique et un contrôle de santé actif.