De part sa nature multi-physique, un pyromécanisme est un système complexe à modéliser et sa simulation nécessite la mise en oeuvre de plusieurs ressources de calcul spécifiques couplées. Le but de ce travail est de fournir un outil numérique capable de modéliser un pyromécanisme et de simuler son fonctionnement en intégrant les interfaces nécessaires au pilotage des différentes ressources de calcul. La faisabilité d'un tel outil est illustrée pour un pyromécanisme spécifique : l'enrouleur pyrotechnique de ceinture. La conception de l'outil numérique proposé est basée sur l'approche Orienté Objet (OO) pour modéliser la structure technologique du pyromécanisme et l'interfaçage avec les ressources de calcul externes. Le modèle OO technologique est construit par héritage des modèles Core Product Model (CPM) et Open Assembly Model (OAM) développés au NIST (National Institute of Standards and Technology). Grâce aux modèles CPM-OAM, un système mécanique peut être décrit comme une hiérarchie d'assemblages et de pièces, reliés par des liaisons cinématiques. La simulation complète du pyromécanisme enrouleur de ceinture requiert des ressources de calcul spécifiques : Un module simulant le fonctionnement du générateur de gaz de l'enrouleur a été développé, implémenté sous Scilab. Ce module calcule la pression exercée par le générateur de gaz sur la chaîne cinématique chargée de transmettre le mouvement jusqu'à la bobine enroulant la ceinture. L'une d'une bibliothèque C++ de calcul dynamique de solides rigides existante, Chrono::Engine, permet la simulation de la chaîne cinématique soumise à cette pression. L'outil numérique fournit l'ensemble des paramètres nécessaires aux ressources de calcul et pilote la co-simulation entre ces ressources (programme Scilab de combustion et calcul mécanique Chrono::Engine). L'identification des paramètres des modèles mis en oeuvre nécessite de caractériser expérimentalement le comportement des sous-systèmes, comme le générateur de gaz, et des composants déformables (barre de torsion intégrée dans la chaîne cinématique et ceinture de sécurité). Des dispos tifs d'essais conçus spécifiquement permettent l'identification le comportement de ces composants, soumis à des sollicitations dynamiques. La validation du démonstrateur réalisé en C++ est basée sur la comparaison des résultats des simulations avec les résultats d'essais expérimentaux du système entier l'enrouleur de ceinture. / The simulation of a pyromechanism is a complex task because of its multi-physics intrinsic nature. Consequently, various computing resources are needed to simulate each physical aspect. The goal of this project is to provide a numerical tool able to model a pyromechanism and to interface the different computing resources in order to simulate an equipment. Feasibility of such a tool is illustrated with a specific pyromechanism : pyrotechnic belt retractor. The design of the numerical tool is based on an Object Oriented Approach (OOA) to model both the technological aspects of the pyromechanism and the interfaces with computing resources. The technological OO model is based on “Core Product Model” (CPM) and on “Open Assembly Model” (OAM) of the NIST (National Institute of Standards and Technology). Thanks to CPM-OAM model, any mechanism can be described as a hierarchy of assemblies and parts, linked by associations (connections, kinematic link,...). The full simulation of the pyromechanism requires external computing resources: - a model for simulating a gas generator implemented under Scilab. It computes the pressure produced by the gas generator, coupled with displacement of the mechanical load. - a C++ library for mechanical simulation of rigid bodies : ChronoEngine the response of the mechanical system computed kinematic response under pressure from gas generator. The resulting software provides all parameters needed by these external computing resources and drives the ballistic and mechanical co-simulation. Parameter identifications of models ask for experimental characterization of sub-system, as gas generator and deformable part (torsion bar and safety belt). Experimental devices has been developed for identifying behavioral law under dynamic load. Validation of demonstrator, written in C++, is based on comparison between simulation results and experimental results of the pyrotechnic retractor.

Le travail de ma thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet industriel proposé par une entreprise luxembourgeoise (Gottschol-Alcuilux) et en collaboration avec le Centre de Recherche Public Henry Tudor du Luxembourg (Laboratoire des Technologies Industriels (LTI)). L'objectif consiste à mettre au point une méthode numérique de détermination de la forme des outils d'emboutissage et du flan de pièces de précision en tôlerie fine pour que ce dernier, une fois déformé en une ou plusieurs opérations, correspond à la définition tridimensionnelle du cahier des charges. La méthode a pour objectif de remplacer une démarche expérimentale coûteuse par essais–erreur. <br /><br />Deux démarches numériques ont été développées, la première est relative à la détermination de la forme du flan. Elle consiste à estimer la forme du flan par Approche Inverse en partant de la forme 3D demandée. Puis, un logiciel de simulation incrémental par éléments finis en 3D est utilisé dans une procédure d'optimisation heuristique pour déterminer la forme du flan. Dans la deuxième démarche, il s'agit de déterminer la forme des outils d'emboutissage en utilisant le logiciel de simulation incrémental couplé avec une méthode de compensation du retour élastique en 2D. La démarche numérique est validée expérimentalement dans le cas d'un emboutissage réalisé en une ou plusieurs passes, à l'aide d'une presse manuelle, sans serre flan et avec des outils de forme très complexe.

Le présent travail est consacré à l'étude du comportement thermo-hydro-mécanique linéaire et non linéaire des roches poreuses de type argilites par approche de changement d'échelle. A partir des observations microstructurales de ces matériaux, un modèle conceptuel a été proposé. Dans ce modèle, le volume élémentaire représentatif du milieu hétérogène est composé d'une phase matricielle argileuse contenant des inclusions sphériques de minéraux de quartz et de calcite et des inclusions ellipsoïdales aplaties représentant l'espace poreux. Dans un premier temps, le procédé de la modélisation a été exploité par la détermination des propriétés effectives isotropes et isotrope transverses des argilites : la conductivité thermique et les propriétés thermo-hydro-mécanique croisées. En outre, de nombreuses études numériques ont mis en évidence l'influence de la morphologie de l'espace poreux, de la minéralogie et des schémas d'estimation sur les résultats prédictifs. Dans un deuxième temps, nous avons modélisé le comportement mécanique non linéaire (élasto-plastique, élasto-viscoplastique) des roches argileuses. La comparaison entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux disponibles (essai de compression triaxiale, essai de fluage) a confirmé la validation du modèle développé / The present work deals with the linear and non-linear thermo-hydro-mechanical behaviour of porous rocks such as the argillite by the multiscale modelling approach. Based on microstructure observations, a conceptual model was proposed. In this model, the representative elementary volume of a heterogeneous medium is composed of an argillaceous matrix containing spherical inclusions of minerals quartz and calcite and ellipsoidal inclusions representing the pore space. In a first step, the process of modelling has been exploited by determining the isotropic and transversely isotropic effective properties of the argillite: thermal conductivity and thermo-hydro-mechanical properties. Furthermore, many numerical studies have highlighted the influence of the morphology of the pore space, of the mineralogy and of the estimate schemes to the predictive results. In a second step, we modelled the non linear mechanical behaviour (elasto-plastic, elasto-viscoplastic) of argillaceous rocks. The comparison between numerical simulations and available experimental results (triaxial compression test, creep test) confirmed the validation of the model developed

Le présent travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet industriel proposé par une entreprise luxembourgeoise et en collaboration avec le Centre de Recherche Public Henry Tudor du Luxembourg (Laboratoire des Technologies Industriels (LTI)). L’objectif consiste à mettre au point une méthode numérique de détermination de la forme des outils d’emboutissage et du flan de pièces de précision en tôlerie fine pour que ce dernier, une fois déformé en une ou plusieurs opérations, correspond à la définition tridimensionnelle du cahier des charges. La méthode a pour objectif de remplacer une démarche expérimentale coûteuse par essais–erreur. Deux démarches numériques sont proposées, la première est relative à la détermination de la forme du flan. Elle consiste à estimer la forme du flan par Approche Inverse en partant de la forme 3D demandée. Puis, un logiciel de simulation incrémental par éléments finis en 3D est utilisé dans une procédure d’optimisation heuristique pour déterminer la forme du flan. Dans la deuxième démarche, il s’agit de déterminer la forme des outils d’emboutissage en utilisant le logiciel de simulation incrémental couplé avec une méthode de compensation du retour élastique en 2D. La démarche numérique est validée expérimentalement dans le cas d’un emboutissage réalisé en une ou plusieurs passes, à l’aide d’une presse manuelle, sans serre flan et avec des outils de forme très complexe. / The present study deals with an industrial project proposed by a luxembourgian enterprise and in collaboration with the luxembourgian research centre Henry Tudor (Laboratory of Industrial Technologies (LTI)). The main objective is to build a numerical approaches for the determination of the initial blank shape contour and tools shape for 3D thin metallic precision parts obtained by stamping, knowing the 3D CAD geometry of the final part. The purpose of the present procedure is to replace the expensive and time consuming experimental trial and error optimization method. Two numerical approaches have been proposed, the first is regarding the determination of the blank shape. An estimation of the blank shape can be given using the Inverse Approach. Update of the blank shape will then be continued by iterations combining heuristic optimization algorithms and incremental stamping codes. The second approach is based on precise finite element models and on spring-back compensation algorithm. The numerical approaches are tested in the case of a special stamping process where the parts are pressed in one or more steps using a manual press, without blank holder and by the mean of complex shape tools.