Inaug.--Diss.--Leipzig.

Diss. Philos.-Theol. Hochschule Sankt Georgen in Frankfurt am Main, 2008/2009.

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Zugl.: Frankfurt (Main), Philos.-Theol. Hochsch. St. Georgen, Diss., 2008

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Motivation Ce document synthétise un travail de quatre années relatif à l'étude des phénomènes dynamiques rencontrés dans une arme de petit calibre. Jusqu'à présent, des efforts ont été réalisés pour simuler des armes de gros calibre, avec plus ou moins de succès. L'adaptation directe de ces méthodes au petit calibre est, la plupart du temps, décevante car peu précise. De plus, le coût des essais en arme de petit calibre, relativement faible par rapport à des essais en armes de calibre plus important, a contribué au désintérêt des études dans ce domaine. Encore aujourd'hui, des fabriquants d'armes de renommée internationale ne disposent pas de modèles pour le petit calibre. Celui-ci a été, et reste encore aujourd'hui, le parent pauvre des simulations numériques en balistique intérieure. A l'heure actuelle, de nombreuses recherches sont entreprises dans le cadre des canons électriques ou électromagnétiques. Ces armes, qui représentent peut-être le futur de la balistique, ne sont encore qu'à un stade fort éloigné d'une utilisation effective et opérationnelle. La situation est donc assez paradoxale : les armes de petit calibre sont les plus utilisées (dans le cadre d'une utilisation militaire, sportive ou à des fins de tests) mais il n'existe, à proprement parler, que peu de modèles mathématiques permettant une simulation précise et rigoureuse. Dans ce contexte, ce travail va démontrer que des modèles de balistique intérieure peuvent être utilisés avec succès pour la simulation de tirs en armes de petit calibre. Une des originalités de ce travail consiste en l'utilisation d'un logiciel de CFD (Computational Fluid Dynamics} comme squelette d'un simulateur de la balistique intérieure, et à son application sur des armes de petit calibre. L'approche employée permet de dissocier les aspects "mécanique des fluides" et traitement de l'écoulement, des aspects purement balistiques. Nous nous attacherons donc à évaluer la capacité d'un code CFD à fonctionner dans l'environnement particulier de la simulation du "coup de canon". Plan du travail Cette thèse peut être subdivisée en quatre différentes parties. La première partie, plutôt générale, vise à situer le problème dans son contexte. Elle débute par une introduction rapide à la balistique, et s'attarde sur les buts de la balistique intérieure en mettant l'accent sur les particularités des armes de petit calibre, le cas échéant. La simulation sur ordinateur est un aspect important du problème qui doit nécessairement être mis en rapport avec des résultats réels. C'est pourquoi la chaîne de mesure utilisée classiquement en balistique, ainsi que les dispositifs expérimentaux employés pour obtenir des résultats de validation, sont brièvement présentés dans la deuxième partie. La troisième partie est axée sur les modèles. Nous présentons les principaux types de modèles que l'on peut retrouver en balistique intérieure. Les modèles à paramètres globaux et à paramètres locaux sont développés et nous formulons quelques remarques générales au sujet de l'état de l'art dans ce domaine, avant de nous interroger sur la problématique du choix d'un logiciel CFD adapté à l'utilisation visée. Nous présentons alors le logiciel choisi, et détaillons les modèles qu'il utilise pour tenir compte des particularités de la balistique intérieure. Le mouvement du projectile dans l'arme, la combustion et le traitement du problème diphasique sont notamment passés en revue et développés. Mobidic (Mobidic est l'acronyme de : MOdélisation Balistique Intérieure DIphasique Canon) est un logiciel français que nous avons obtenu vers la fin de cette étude. Ce logiciel est reconnu pour sa capacité à modéliser précisément les tirs en arme de moyen et gros calibre. Son fonctionnement et les modèles qu'il utilise sont exposés et comparés à notre implémentation. La quatrième et dernière partie n'est certainement pas la moins importante. Elle présente les résultats issus des tirs que nous avons réalisés et les différentes étapes de validation qui ont été menées à bien, depuis les tests de base jusqu'à la validation totale dans deux armes de petit calibre. Enfin, les conclusions, remarques et directions futures clôturent ce travail.

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As we move into the twenty-first century, the renewal of our lifelines or deterioration of infrastructure becomes a topic of critical importance. The structures may have to carry larger loads, require change in building use, suffer steel corrosion problems, or errors made during the design or construction phases so that the structure may need to be repaired or strengthened before it can be used. The use of fiber reinforced polymers (FRP) in the last few years in various engineering application, forums and configuration offers an alternative design approach for the construction of new concrete structures and the rehabilitation of existing ones. The use of FRP materials for external strengthening of reinforced concrete (RC) structures has emerged as one of the most exciting and promising technologies in material and structural engineering. Externally bonded FRP reinforcement is relatively unprotected against impact, vandalism or severe environmental conditions. Their structural performance can be greatly affected by these drawbacks. But if the composite material is placed in slots inside the concrete cover some of these drawbacks can be overcome. This method is designated by Near Surface Mounted (NSM) method. Therefore, the presented work is carried out using this advantageous strengthening technique utilizing the non-corrodible FRP materials. My research involved both experimental and analytical investigations on the use of FRP systems for strengthening concrete structures using NSM techniques. The main objectives of my research were to (1) develop/utilize an NSM system composed of FRP bars and adhesives, (2) investigate the bond performance for the proposed NSM system, (3) investigate the effect of freeze and thaw cycles on the of the new proposed system, (4) study the flexural behaviour of RC beams strengthened with NSM FRP bars, (5) develop an analytical model using non-linear finite element analysis (ADINA) taking into consideration the interfacial behaviour between the concrete and FRP bars and (6) establish design recommendations for the use of FRP bars for the NSM method. To achieve these objectives, the research program was divided into two parts. The first part included the experimental work while the second part included the analytical work. The first part consisted of two phases. The first phase included the pullout testing of 76 C-shape concrete blocks including 16 conditioned blocks. The second phase included testing 20 flexural strengthened concrete beams using the NSM method. The second part included developing an analytical model to be used in a non-linear finite element program and to analyze and predict the behaviour of concrete beams strengthened for flexure using NSM FRP bars. The efficiency and accuracy of the model was verified by comparing its results to the experimental results. The developed analytical model was used to study the effect of different parameters. Test results are presented in terms of deflection, strain in the concrete, steel and FRP and modes of failure. Test results showed the superior performance of the proposed NSM FRP/adhesive system. The NSM system is able to increase both the stiffness and flexural capacity of concrete beams by approximately 100% over the unstrengthened one. The FEM was able to predict of the behaviour of the strengthened beams in flexure with NSM. Based on the experimental and analytical study, useful conclusions and recommendations for flexural strengthening with NSM FRP were provided.||Alors que nous entrons dans le XXIème siècle, la dégradation des infrastructures devient un sujet d'une importance cruciale. Les structures doivent supporter des charges plus grandes et subir des changements d'utilisation. En plus de cela s'ajoute les problèmes de corrosion de l'acier, des erreurs de conception et de construction, ce qui souvent nécessitent que la structure soit réparée ou renforcée, des fois même avant sa mise en service. L'utilisation de polymères renforcés de fibres (PRF) dans les dernières années dans divers domaines d'ingénierie a permis une avancée technologique, et leur utilisation dans la construction de nouvelles structures en béton ainsi que la réhabilitation des anciennes. L'utilisation de matériaux en PRF pour le renforcement externe des structures en béton armé est une technologie des plus prometteuses dans l'ingénierie structurale ou de matériaux. Cependant le renforcement par collage externe de PRF n'offre pas une bonne protection contre les chocs, le vandalisme ou les conditions environnementales sévères, ce qui pourraient affecter les performances structurales des éléments réhabilités. Ces inconvénients peuvent être surmontés si le PRF est inséré dans des rainures réalisées dans le recouvrement de béton. Cette méthode est appelée « mise en place d'Armatures Encastrées Près de la surface (AEPS)». Le présent travail s'articule autours de cette technique de renforcement utilisant des matériaux non corrodables. Mes travaux de recherches se focalisent sur l'utilisation des AEPS en PRF pour le renforcement des structures, et cela d'un point de vue expérimental et analytique. Les principaux objectifs de mes recherches sont: (1) développer/utiliser un système d'AEPS composé de barres en PRF et d'adhésif, (2) étudier les performance d'adhérence du système proposé, (3) étudier l'effet des cycles gel-dégel sur le système proposé, (4) l'étude du comportement en flexion de poutres en béton armé, renforcées avec des barres d'AEPS en PRF, (5) développer un modèle analytique utilisant des méthodes non-linéaires d'analyse par éléments finis (logiciel ADINA) en tenant compte du comportement de l'interface béton-barres en PRF, et (6) mettre en place des recommandations de calcul pour l'utilisation des barres en PRF comme AEPS. Pour atteindre ces objectifs, le programme de recherche a été divisé en deux parties. La première partie comprenait les travaux expérimentaux tandis que la deuxième comprenait des travaux d'analyse. La première partie elle même était constituée de deux phases. La première phase comprenait des essais d'arrachement direct de blocs de béton en forme de «C», dont 16 blocs conditionnés dans une chambre environnementale. Alors que la deuxième phase comportait des essais de flexion 20 poutres en béton armé, renforcés par des AEPS en PRF. La deuxième partie a consisté au développement d'un modèle analytique non-linéaire par éléments finis de façon à pouvoir analyser et prédire le comportement en flexion de poutres en béton armé, renforcées par des AEPS en PRF. L'efficacité et la précision du modèle ont été vérifiées en comparant ses résultats analytiques aux résultats expérimentaux. Le modèle analytique développé a été utilisé pour étudier l'effet de différents paramètres. Les résultats des tests sont présentés en termes de déflexion, de contraintes dans le béton, l'acier et le PRF et les modes de rupture. Les résultats des essais ont démontré les bonnes performances du système armatures PRF/adhésif proposé, ce dernier a permit d'augmenter à la fois la rigidité en flexion et la résistance des poutres en béton d'environ 100% par rapport à la poutre non renforcée. L'analyse par éléments finis a été en mesure de prédire le comportement en flexion des poutres renforcées avec des AEPS en PRF. Basé sur ces travaux, des conclusions et des recommandations utiles concernant le renforcement en flexion avec des AEPS en PRF ont été fournis.

Ce travail s’interroge sur l’impact éthique du remplacement des humains par des robots, particulièrement dans le cadre militaire avec les systèmes d’armes létales autonomes (SALA). Il fait le point sur les robots militaires et les logiciels existants qui contribuent à leur autonomie jusqu’en 2014. L’augmentation progressive de l’autonomie des robots signe le remplacement possible de l’humain, l’agir moral des machines à la place de l’homme est dès lors une problématique. Le robot peut-il être un agent moral ? Peut-on créer un agent moral artificiel ? Quelles sont les contraintes techniques, algorithmiques, juridiques et éthiques auxquelles une telle réalisation serait confrontée, notamment dans le monde militaire ? La robotisation est une réalité qui a déjà des effets sur le politique et le militaire comme l’illustre l’usage des drones. Quels pourraient être les effets d’une plus grande autonomie des robots pour l’obtention de la victoire et vis-à-vis de l’éthique militaire ? L’aspect novateur ne doit pas oblitérer les défis qui se posent tant aux soldats qu’aux robots. Si aucun n’est infaillible, que peut-on conclure du projet de créer des robots moraux, et quel avenir peut-on envisager pour une robotique respectueuse de l’éthique militaire ? / This work examines the ethical impact of replacing human beings with robots, especially in the military context. It focuses on existing military robots and on programmes contributing to their autonomy until 2015. Increasing autonomy of robots signs the possible replacement of the human being; the moral behaviour of the machines replacing the moral action of man is therefore an issue. Can the robot be a moral agent? Can one create an artificial moral agent? What are the technical, algorithmic, legal and ethical constraints that such achievement would face, especially in the military environment? Robotics are a reality having already an impact on the political and military world, as illustrated by the use of unmanned air vehicles. What might be the effects of greater autonomy of robots in obtaining victory and towards military ethics? The innovative aspect should not obliterate the challenges facing soldiers as well as robots. If no one is infallible, what can one conclude about the project of creating moral robots, and what kind of future can we look for in view of friendly robotics respecting military ethics?