La présence de cavités souterraines génère un risque pour les populations et a un impact sur le futur usage des terrains sous-cavés. En combinant observations in situ et analyse des matériaux en laboratoire, cette étude propose de cerner les processus responsables de la dégradation des vides souterrains, sur l’exemple des carrières souterraines de craie autour de Lille.De nombreux désordres (remontées de voûte, ruptures de piliers, effondrements des blocs rocheux) ont été observés lors de la visite de 10 carrières. L’analyse structurale de la craie montre la présence de nombreuses fracturations notamment les diaclases qui se présentent parfois sous forme des couloirs fracturés. L’état de la stabilité des carrières observé sur le terrain a été confirmé par le traitement des données des cannes de convergences entre le ciel et le mur de plusieurs carrières souterraines. Les résultats de ces analyses ont montré que la vitesse des déformations des épontes est d’une manière générale très faible. Le recensement des incidents sur une vingtaine d’années a montré une corrélation entre les épisodes de fortes pluies et les désordres en surface. Les processus d'altération de la craie in situ et les interactions avec l'eau se traduisent par la formation de patines différentes en surface de la craie. Les observations microscopiques ont révélé des modifications des caractéristiques de la surface de la craie, notamment des phénomènes de précipitation de calcite, le dépôt d’oxy-hydroxydes de fer et la modification de la porosité. / The presence of underground cavities creates a potential hazard for population and has a direct impact on land values. Combining observations and analyses of materials in laboratory, the present research work focuses on the phenomena of underground cavity degradation on site and in laboratory, on the example of the Lille Metropole chalk underground quarries. Many disorders (collapse by roof rupture, breakdown of pillars, collapse of the rock blocks) were observed during 10 site visits. The structural analysis of the chalk shows the presence of many fractures, especially joints which sometimes concentrate along corridors. The steady state of quarries observed in the field has been confirmed by treatment of convergence canes data between the roof and floor of several underground quarries. Results show that deformation rate is generally very low. Identifying significant data on incidents over a twenty-year period shows a correlation between main rainfall patterns and surface disorders. On-site alteration processes of chalk and interactions with water show the formation of different patinas on chalk surface. In laboratory, microscopic observations reveal modifications in characteristics of the surface of chalk, mainly calcite precipitation, deposition of iron oxides and hydroxides and porosity modifications.

Dans le cadre du développement de nuances d'aciers toujours plus performantes en termes de résistance à l'effort et à l'endommagement, les aciers Dual-Phase (DP) présentent un bon compromis résistance/ductilité. Cependant, il est nécessaire de disposer de meilleures connaissances concernant les mécanismes menant à la rupture de tels aciers. Les mécanismes d'endommagement ont ainsi été étudiés dans cette thèse à l'aide de la tomographie aux rayons X. Des essais de traction in-situ ont été réalisés sur plusieurs nuances d'aciers DP, un acier ferritique et un acier martensitique afin de caractériser chaque étape de l'endommagement ductile. Des observations qualitatives et des données quantitatives concernant la germination de l'endommagement, la croissance des cavités et la coalescence ont été recueillies lors de ces essais. Ces données quantitatives ont ensuite été utilisées pour le développement et/ou la validation de modèles d'endommagement. Une prédiction de la cinétique de germination a ainsi été proposée et la version du modèle de croissance de cavités de Rice et Tracey corrigée par Huang et prenant mieux en compte l'effet de la triaxialité a été validée expérimentalement. L'étape de coalescence des cavités menant à la rupture des matériaux a pour la première fois été caractérisée de façon quantitative dans un matériau industriel et des critères de coalescence ont été appliqués localement sur les couples de cavités présentes dans le matériau. L'utilisation de ces modèles analytiques a permis une meilleure compréhension des propriétés agissant sur les phénomènes mis en jeu. L'effet de la part cinématique de l'écrouissage sur la germination et la croissance de l'endommagement a notamment été souligné et validé par des essais de chargements complexes.

Ce travail est une contribution à l'analyse du comportement à l'endommagement des matériaux ductiles. L'endommagement ductile désigne le processus de dégradation progressive des propriétés physiques et mécaniques d'un matériau lorsqu'il subit, sous l'effet d'un chargement et avant rupture, une déformation plastique importante à température ambiante ou peu élevée. L'objectif de ce travail est de déterminer un critère de propagation de fissures pour simuler la déchirure des matériaux ductiles en se basant sur les modèles d'endommagements locaux. Nous avons mené une campagne expérimentale sur 3 matériaux structurellement très différents: un acier 12NC6, un aluminium 2024T351 et un polymère PA66. Le modèle de croissance des cavités Rice-Tracey s'est révélé très limité à décrire la rupture des matériaux testés, nous avons alors proposé une modification de ce modèle en l'enrichissant de paramètres micromécaniques permettant de prendre en compte l'effet de la croissance et des interactions entre les cavités. Le modèle proposé a été implanté dans un code de calcul par éléments finis pour simuler l'amorçage d'une fissure et sa propagation au cours du chargement. Nous avons validé ce modèle analytique à l'aide des résultats expérimentaux des trois matériaux. Les résultats numériques obtenus en termes de courbes R et «charge-déplacement» comparés aux résultats expérimentaux ont permis de valider le modèle sur les trois matériaux étudiés. / The purpose of this thesis is to contribute to the study of ductile fracture of materials on micromechanical models based on local approach. Ductile fracture of metals occurs mainly by nucleation, growth and coalescence of voids. Concerning the local approach of ductile fracture, the emphasis is laid on the micromechanical model of Rice-Tracey. The latter based on growth cavities is verified in order to describe the ductile tearing in stainless steel NiCr(12NC6), 2024T351 aluminium alloy and polymer PA66. The experimental study is carried out on compact tension ct , central crack panel ccp, single edge notched tension sent and tensile axisymetric notched specimens to characterize ductile failure in different materials. The comparison of the experimental results with the classical Rice-Tracey model shows that it cannot make a good prediction using "j -da" curve. On the basis of fitting procedure and numerical simulation a correction of coefficients is introduced to improve the Rice-Tracey model. A methodology of identification of parameters is presented. Ductile crack growth, defined by the" j -da" curve, has been correctly simulated using the numerical calculations by adjusting the three parameters of " modified Rice-Tracey model in the calibration procedure. The proposed model is implemented into a finite element code. Close agreement between the computed results aj'ld experimentally measured values justifies the usefulness of the present modified model.

L'instabilité de modulation (IM) en optique est un processus non-linéaire responsable de l'amplification exponentielle d'une faible perturbation périodique au dépend d'une onde porteuse de forte puissance, cela en raison du parfait équilibre entre la dispersion et la non linéarité. Dans les cavités optiques passives, la superposition entre le champ injecté dans le système et le champ intra-cavité ajoute un degré de liberté supplémentaire à ce mécanisme, ce qui enrichit sa dynamique. Dans cette thèse, nous avons principalement mené des études expérimentales de l’IM dans de tels dispositifs faits de fibres optiques, dans des régimes inexplorés. En particulier, nous avons étudié expérimentalement ce processus dans des cavités fonctionnant en régime de dispersion faible. Nous avons montré que la dynamique de l'IM dans un tel régime est fortement modifiée par rapport à celle de l'IM standard dans les cavités. Nous avons également étudié la dynamique temporelle de l'IM montrant que le motif temporel généré peut présenter deux comportements distincts. Une partie de ces travaux est également consacrée à l’étude expérimentale du mécanisme de gain induit par les pertes. Dans des conditions spécifiques, ce processus peut générer de l'IM ainsi que des peignes de fréquence ajustables. Ces études sont en bon accord avec les modèles théoriques et les simulations numériques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons exploré analytiquement le processus de l’IM amorcée de façon cohérente. Nous avons montré que la dynamique du processus est sensible à la phase, ce que nous confirmons expérimentalement en enregistrant l'évolution de la puissance et de la phase des ondes impliquées dans le processus. / Modulation instability (MI) in optics is a nonlinear process where a weak periodic perturbation exponentially grows at the expanse of a strong carrier wave as a result of the perfect balance between dispersion and non-linearity. In passive optical cavities, the coherent superposition between the driving field and the intra-cavity field adds a extra-degree of freedom to this mechanism that enriches its dynamics. In this thesis, we mostly led experimental study of MI in such devices made of optical fibers in unexplored regimes. In particular, we experimentally investigated this process in cavities that operate under weak normal dispersion. We showed that the MI dynamics in such regime is strongly modified compared to standard MI in cavities. We also studied the real-time dynamics of MI in the temporal domain highlighting that the generated temporal pattern can exhibit two distinct behaviors. A part of this work is also dedicated to the experimental study of the gain through loss mechanism. Under specific conditions this process can generate MI and tunable optical frequency combs. These studies are in pretty good agreement with theoretical models and numerical simulations. Finally, we explored analytically the process of coherent seeded MI. We reported that the dynamics of the process is phase-sensitive, which was confirmed experimentally by recording the power and phase evolution of the waves involved in the process.

Les cavités sont le lieu privilégié des interactions d’une protéine avec ses ligands, et sont donc déterminantes pour sa fonction, elle-même aussi influencée par la dynamique de la protéine. Peu de méthodes permettent d’étudier en détail la dynamique des cavités malgré leur intérêt notamment pour le criblage virtuel. Les cavités d’une protéine définissent un ensemble très labile. Ainsi, suivre une cavité le long d’une trajectoire est ardu car elle peut être sujette à des divisions, fusions, disparitions et apparitions. Je propose une méthode pour résoudre cette question afin d’exploiter la dynamique des cavités de façon systématique et rationnelle, en classifiant les cavités selon les groupes d’atomes les entourant. J’ai identifié les paramètres procurant les meilleurs critères de suivi des cavités. Pour caractériser les évolutions principales de la géométrie des cavités en relation avec la dynamique de la protéine, j’ai développé une méthode basée sur l’Analyse en Composantes Principales. Cette méthode peut être utilisée pour sélectionner ou construire des conformations à partir de la forme de leurs cavités. Deux exemples d’applications sont traitées : la sélection de conformations ayant des cavités de géométries diverses et l’étude de l’évolution des cavités de la myoglobine lors de la diffusion du monoxyde de carbone. Ces deux méthodes ont été utilisées pour trois projets de criblage virtuel ciblant l’ADN-gyrase de M tuberculosis, la subtilisine 1 de P vivax et GLIC, homologue procaryote des récepteurs pentamériques humains. Les molécules sélectionnées à l’aide de ces méthodes ont permis d’identifier une molécule active contre la subtilisine et quatre effecteurs de GLIC. / Cavities are the prime location of the interactions between a protein and its ligands, and thus are crucial for its functions, together with its dynamics. Although cavities have been studied since the seventies, specific studies on their dynamical behavior only appeared recently. Few methods can tackle this aspect, despite its interest for virtual screening and drug design. Protein cavities define an extremely labile ensemble. Following one cavity along a trajectory is therefore an arduous task, because it can be subjected to several events of fusions, divisions, apparitions and disappearances. I propose a method to resolve this question, thus enabling systematic and rational dynamical exploitation of protein cavities. This method classify cavities using the atom groups around them, using algorithms and parameters that I identified as giving best results for cavity tracking. To characterize the main directions of evolution of cavity geometry, and to relate them with the dynamics of the underlying structure, I developed a method based on Principal Component Analysis (PCA). This method can be used to select or build conformations with given cavity shapes. Two examples of applications have been treated: the selection of conformations with diverse cavity geometries, and the analysis of the myoglobin cavity network evolution during the diffusion of carbon monoxide in it. These two methods have been used in three projects involving virtual screening, targeting M. tuberculosis DNA-gyrase, P vivax subtilisin 1 and GLIC, an procaryotic model of human pentameric ligand-gated ion channel. These methods allowed us to identify an inhibitor of subtilisin 1 and four effectors of GLIC.

Ce travail de thèse se compose en deux parties :Partie 1Nous nous intéressons à la propagation lumineuse non-linéaire dans des cellules planaires de cristal liquide nématique mélangé avec un colorant, l’effet non-linéaire considéré étant l'effet thermique. Puis, nous nous intéressons à l'amélioration de la fluorescence émise par le colorant.Nous concluons que pour améliorer le spectre de la fluorescence, il faut utiliser une source se propageant en mode soliton, optimiser la distance entre la fibre optique d’excitation de celle de collecte et l’ajout des nanoparticules d'or au cristal liquide. Cette amélioration de la fluorescence ouvrira la voie à la création du laser à colorant assisté par propagation de soliton.Partie 2Nous étudions la dynamique spatiotemporelle d'une cavité en anneau remplie d'un milieu de type Kerr non-instantané et pompée par un faisceau cohérent. Nous effectuons d’abord une étude analytique afin de déterminer les types d’instabilités possibles et leurs seuils. Puis, une étude numérique est menée pour observer l’évolution du champ dans la cavité. Nous montrons l’existence des structures périodiques et localisées. / The work of this thesis consists of two parts:Part 1We are interested in non-linear light propagation in planar cells of nematic liquid crystal mixed with a dye. The non-linear effect is considered to be a thermal effect. Then, we are interested in improving the fluorescence emitted by the dye.We conclude that to improve the fluorescence spectrum, we need to use a source propagating in soliton mode, to optimize the distance between the excitation optical fiber and the collecting one and to add the gold nanoparticles to the liquid crystal. This improvement of fluorescence spectrum will pave the way for the creation of a dye laser assisted with soliton propagation.Part 2We study the spatiotemporal dynamics of a ring cavity filled with a non-instantaneous Kerr-type medium and pumped by a coherent beam. We first carried out an analytical study to determine the types of instabilities and their thresholds. Then, a numerical study is carried out to observe the evolution of the field in the cavity. We show the existence of periodic and localized structures.

L'ajout de cavités externes à des lasers est une façon passive de réduire le bruit optique à basses fréquences dans ces derniers. Cette technique peut être utilisée autant pour les lasers à émission continue que dans les lasers en régime impulsionnel. Le projet consistait à appliquer cette méthode à un oscillateur paramétrique optique pour réduire son bruit et en stabiliser les impulsions. Nous avons ainsi réussi à réduire de plus de 40 dB le bruit à certaines fréquences et à obtenir des moyennes de réduction pouvant aller jusqu'à 30 dB entre 0 et 10 MHz. Il a été conclu que la longueur optimale de la cavité externe est légèrement plus courte que celle de la cavité résonnante de l'OPO et qu'une réduction de bruit adéquate sans trop allonger les impulsions est atteinte lorsque le niveau de retour est près de 10-2. Les paramètres initiaux de l'OPO font beaucoup varier ces résultats. En effet, l'alignement de celui-ci change beaucoup la trace de bruit initiale (sans cavité externe). Il nous est donc possible d'obtenir de plus grandes réductions si le bruit initial est plus élevé. Il semble que la cavité externe puisse éliminer presque complètement le bruit dans ce spectre de fréquences. Enfin, la stabilisation sur une plus longue période a été réalisée grâce à une boucle de rétroaction reliant le coupleur de sortie de l'OPO à un détecteur au silicium. On peut ainsi éviter l'alignement manuel de l'OPO pour une journée complète d'utilisation.

La rupture ductile des alliages métalliques survient suite à la nucléation, la croissance et la coalescence de microcavités. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des effets de forme et d'anisotropie plastique sur la phase de croissance des cavités. Dans un premier temps, nous implémentons numériquement le modèle de croissance de Madou et Leblond pour des cavités ellipsoïdales générales plongées dans un matériau isotrope dans un code de calcul par éléments finis, afin d'appliquer le modèle à des cas de rupture où les effets de forme sont importants. On montre que la prise en compte des effets de forme des cavités est nécessaire afin de reproduire la rupture ductile en cisaillement. Ce modèle est ensuite étendu au cas de l'anisotropie plastique, en s'inspirant des travaux de Monchiet et Benzerga. On dérive notamment un critère de plasticité macroscopique pour les matériaux anisotropes contenant des cavités ellipsoïdales générales, que nous validons par analyse limite numérique. La seconde partie de la thèse est dédiée à l'étude des effets de taille sur la rupture ductile des matériaux nanoporeux contenant des cavités sphériques ou sphéroïdales. Enfin, la troisième partie de la thèse est consacrée à l'étude des effets de forme et d'anisotropie plastique sur la phase de coalescence des cavités. Nous dérivons deux nouveaux critères de coalescence en couche que nous validons par analyse limite numérique. Cette étude nous permet de développer un nouveau critère permettant d'unifier les phases de croissance et coalescence. Enfin nous dérivons un critère de coalescence pour les matériaux anisotropes. / Ductile fracture of metallic alloys occurs by the nucleation, growth and coalescence of microvoids. In a first step, we study the influence of void shape effects and plastic anisotropy on the growth phase. we implement numerically in a finite element code the void growth model of madou and leblond for ellipsoidal voids embedded in an isotropic material, in order to apply the model to ductile fracture problems involving important void shape effects. We show that the consideration of void shape effects is necessary in order to reproduce shear-dominant ductile fracture. This model is then extended to plastic anisotropy, in the spirit of the models of monchiet and benzerga. In particular, we derive a macroscopic criterion for anisotropic materials containing general ellipsoidal voids, which is assessed by finite element limite analyses. In a second step, we study the effects of void size on the ductile fracture of nanoporous materials contenant spherical or spheroidal voids. The last part of the thesis is dedicated to the study of void shape effects and plastic anisotropy on the coalescence phase. We derive two new criteria of coalescence by internal necking, which are assessed numerically. Then, we derive a new criterion that permits to unify the growth and coalescence phases. Finally we study the influence of plasticy anisotropy on coalescence by internal necking.

Dans le cadre du développement de nuances d’aciers toujours plus performantes en termes de résistance à l’effort et à l’endommagement, les aciers Dual-Phase (DP) présentent un bon compromis résistance/ductilité. Cependant, il est nécessaire de disposer de meilleures connaissances concernant les mécanismes menant à la rupture de tels aciers. Les mécanismes d’endommagement ont ainsi été étudiés dans cette thèse à l’aide de la tomographie aux rayons X. Des essais de traction in-situ ont été réalisés sur plusieurs nuances d’aciers DP, un acier ferritique et un acier martensitique afin de caractériser chaque étape de l’endommagement ductile. Des observations qualitatives et des données quantitatives concernant la germination de l’endommagement, la croissance des cavités et la coalescence ont été recueillies lors de ces essais. Ces données quantitatives ont ensuite été utilisées pour le développement et/ou la validation de modèles d’endommagement. Une prédiction de la cinétique de germination a ainsi été proposée et la version du modèle de croissance de cavités de Rice et Tracey corrigée par Huang et prenant mieux en compte l’effet de la triaxialité a été validée expérimentalement. L’étape de coalescence des cavités menant à la rupture des matériaux a pour la première fois été caractérisée de façon quantitative dans un matériau industriel et des critères de coalescence ont été appliqués localement sur les couples de cavités présentes dans le matériau. L’utilisation de ces modèles analytiques a permis une meilleure compréhension des propriétés agissant sur les phénomènes mis en jeu. L’effet de la part cinématique de l’écrouissage sur la germination et la croissance de l’endommagement a notamment été souligné et validé par des essais de chargements complexes. / As part of the current context of requiring ever more efficient grades of steels in terms of resistance to stress and to damage, the Dual-Phase steels (DP) present an acceptable strength/ductility compromise. It is nevertheless necessary to have a better understanding of the mechanisms leading to the fracture of such steels. Damage mechanisms were studied in this PhD using X-ray tomography. In-situ tensile tests were carried out on several grades of DP steel, a ferritic steel and a martensitic steel in order to characterize each step of ductile damage. Qualitative observations and quantitative data on the nucleation of damage, the void growth and the coalescence of cavities were collected during these tests. This quantitative data was then used for the development and/or the validation of damage models. A prediction of the kinetic of nucleation was proposed and the Huang’s correction of the void growth model of Rice and Tracey accounting for the triaxiality was experimentally validated. For the first time, the step of void coalescence leading to fracture of materials was quantitatively characterized in an industrial material and coalescence criteria were locally applied on couples of neighboring cavities present in the studied specimen. The use of analytical models enabled a better understanding of the properties influencing the studied damage phenomena. The effect of the kinematic part of the strain hardening on void nucleation and void growth was notably emphasized and validated by performing complex loading tests.

La recherche en physique nécessite aujourd'hui des accélérateurs de haute énergie ou de forte intensité ; l'utilisation des cavités supraconductrices constitue un progrès technologique très important : elles permettent de fournir de hauts gradients accélérateurs avec une dissipation négligeable. Un des problèmes fondamentaux dans la conception de ces cavités est leur stabilité liée aux effets des forces de Lorentz : au fur et à mesure que la cavité se remplit d'énergie électromagnétique, les déformations de la cavité dues aux forces de Lorentz modifient sa fréquence de résonance, il faut un certain temps (constante mécanique) pour que les parois se déforment, l'amplitude RF s'écroule alors, puis la cavité tend à retrouver sa fréquence de résonance d'origine, le système peut devenir ainsi instable. La contribution de cette thèse consiste d'abord en une analyse numérique de ce problème, puis en une étude mécanique d'une nouvelle méthode de rigidification : un dépôt de cuivre réalisé sur les parois extérieures d'une cavité en niobium par projection thermique afin de réduire ses déformations dues aux forces de Lorentz. Comme il s'agit d'une expérience nouvelle, le choix du processus et une optimisation des paramètres de projection ont été réalisés. En particulier, un effort important a été consacrée aux caractérisations des matériaux et à l'analyse de leurs comportements, indispensables pour déterminer l'effet de rigidification grâce au dépôt. Certains liens entre les propriétés du dépôt et les paramètres de projection ont pu ainsi être établis. Les calculs ont permis ensuite de localiser les déformations maximales, puis de trouver l'emplacement idéal et la forme optimale du renfort. Plusieurs façons de réaliser le dépôt ont été étudiées afin de proposer une solution intéressante. Enfin, une approche originale des phénomènes de décalage en fréquence en mode pulsé a été développée, elle a permis d'interpréter certaines observations expérimentales.