Cette thèse est consacrée au développement de modèles mathématiques de l'hématopoïèse et de maladies du sang. Elle traite du développement de modèles hybrides discrets continus et de leurs applications à la production de cellules sanguines (l'hématopoïèse) et de maladies sanguines telles que le lymphome et le myélome. La première partie de ce travail est consacrée à la formation de cellules sanguines à partir des cellules souches de la moelle osseuse. Nous allons principalement étudier la production des globules rouges, les érythrocytes. Chez les mammifères, l'érythropoïèse se produit dans des structures particulières, les îlots érythroblastiques. Leur fonctionnement est régi par de complexes régulations intra et extracellulaire mettant en jeux différents types de cellules, d'hormones et de facteurs de croissance. Les résultats ainsi obtenus sont comparés avec des données expérimentales biologiques ou médicales chez l'humain et la souris. Le propos de la deuxième partie de cette thèse est de modéliser deux maladies du sang, le lymphome lymphoblastique à cellules T (T-LBL) et le myélome multiple (MM), ainsi que leur traitement. Le T-LBL se développe dans le thymus et affecte la production des cellules du système immunitaire. Dans le MM, les cellules malignes envahissent la moelle osseuse et détruisent les îlots érythroblastiques empêchant l'érythropoïèse. Nous développons des modèles multi-échelles de ces maladies prenant en compte la régulation intracellulaire, le niveau cellulaire et la régulation extracellulaire. La réponse au traitement dépend des caractéristiques propres à chaque patient. Plusieurs scénarios de traitements efficaces, de rechutes et une résistance au traitement sont considérés. La dernière partie porte sur un modèle d'équation de réaction diffusion qui peut être utilisé pour décrire l'évolution darwinienne des cellules cancéreuses. L'existence de “pulse solutions”, pouvant décrire localement les populations de cellules et leurs évolutions, est prouvée / The thesis is devoted to mathematical modeling of hematopoiesis and blood diseases. It is based on the development of hybrid discrete continuous models and to their applications to investigate production of blood cell (hematopoiesis) and blood diseases such as lymphoma and myeloma. The first part of the thesis concerns production of blood cells in the bone marrow. We will mainly study production of red blood cells, erythropoiesis. In mammals erythropoiesis occurs in special structures, erythroblastic islands. Their functioning is determined by complex intracellular and extracellular regulations which include various cell types, hormones and growth factors. The results of modeling are compared with biological and medical data for humans and mice. The purpose of the second part of the thesis is to model some blood diseases, T cell Lymphoblastic lymphoma (T-LBL) and multiple myeloma (MM) and their treatment. TLBL develops in the thymus and it affects the immune system. In MM malignant cells invade the bone marrow and destroy erythroblastic islands preventing normal functioning of erythropoiesis. We developed multi-scale models of these diseases in order to take into account intracellular molecular regulation, cellular level and extracellular regulation. The response to treatment depends on the individual characteristics of the patients. Various scenarios are considered including successful treatment, relapse and development of the resistance to treatment. The last part of the thesis is devoted to a reaction-diffusion model which can be used to describe Darwinian evolution of cancer cells. Existence of pulse solutions, which can describe localized cell populations and their evolution, is proved

Cette thèse est consacrée à la modélisation des structures fibreuses avec des milieuxcontinus généralisés. Dans l’Introduction, l'état de l'art concernant les milieuxcontinus généralisée et applications aux structures fibreuses sont décrits et lesproblèmes ouverts pertinents sont mis en évidence. Dans le Chapitre 1 et 2, uneprocédure d'homogénéisation rigoureuse basée sur des arguments de Gammaconvergenceest appliquée à une structure en treillis et à un model de poutrediscrétisé. Dans le Chapitre 3, un traitement variationnel est utilisé pour formuler unapproche favorable du point de vue numérique. Dans le Chapitre 4 sont discutées lesrésultats expérimentaux concernant le comportement de la structure dans différentstypes de déformation. Cela à motivé les études effectuées dans le Chapitre 5, ou lesMéthodes directes de calcul des variations sont appliquées à poutres d’Euler engrandes déformations. / This thesis focuses on the mathematical modeling of fibrous structures having somepeculiar properties (high strength-to-weight ratio and very good toughness infracture), whose mechanical behavior escapes from standard Cauchy elasticity. Inparticular, it addresses cases in which the presence of a microstructure, consisting ofregularly spaced pivoted beams, entails effects that are well described by generalizedcontinuum models, i.e. models in which the deformation energy density depends notonly on the gradient of the placement but also on the second (and possibly higher)gradients of it. In the Introduction, the state of the art concerning generalizedcontinua and their applications for the description of fibrous structures is describedand some relevant open problems are highlighted. In Chapter 1 and 2 a rigoroushomogenization procedure based on Gamma-convergence arguments is performedfor a lattice (truss-like) structure and for a discrete 1D system (Hencky-type beammodel). In Chapter 3, a variational treatment is employed to formulate acomputationally convenient approach. In Chapter 4 some experimental resultsconcerning the behavior of the structure in various kinds of deformation arediscussed. This motivated the investigation performed in Chapter 5, in which DirectMethods of Calculus of Variations are applied to Euler beams in large deformationsunder distributed load.

Dans le cadre des développements technologiques réalisés au CEA, l'analyse du comportement mécanique des liaisons soudées hétérogènes Ta/TA6V est une préoccupation première. En effet, la soudure de ces deux matériaux qui se distinguent par leurs propriétés mécaniques et thermiques, induit de fortes hétérogénéités microstructurales au niveau de la zone fondue.<br />Afin de caractériser le comportement des joints, un essai de flexion quatre points sur éprouvette entaillée a été développé. Ce nouvel essai permet d'obtenir une réponse macroscopique mais également d'analyser plus finement, grâce à un moyen d'extensométrie optique, l'influence des hétérogénéités sur la déformation locale du joint soudé. La confrontation de ces résultats à une étude métallurgique permet de conclure quant à l'influence du gradient de composition sur la rupture.<br />En outre, des essais de nanoindentation permettent d'identifier certains paramètres locaux tels que le module d'élasticité dont la faible valeur est quantifiée.<br />Une base expérimentale variée, réalisée sur les matériaux de base, permet d'identifier un modèle élasto-viscoplastique avec écrouissages isotrope et multi-cinématique non linéaires couplé à l'endommagement. Ce modèle prend en compte l'anisotropie initiale et entre dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Une attention particulière est portée à la description de la viscosité, l'introduction de plusieurs couplages avec l'écrouissage isotrope et le traitement numérique de la contrainte plane.

Ce travail consiste en la mise au point d'une méthodologie simplifiée, utilisable industriellement, de réalisation virtuelle de procédés en formage de pièces massives avec la prise en compte de l'endommagement. Ceci permettra de prévoir l'apparition de l'endommagement ductile en cours de formage des pièces. On pourra agir sur les paramètres technologiques pertinents du procédé afin de retarder cet endommagement pour obtenir des pièces saines, ou au contraire favoriser celui-ci afin de simuler des procédés de coupe. Une formulation théorique générale du couplage comportement-endommagement est introduite, prenant en compte une loi d'évolution de l'endommagement ductile. Sur le plan numérique un soin particulier a été apporté à l'intégration locale des équations d'évolution couplées. Deux modèles sont proposés et discutés en détails: le couplage « fort » et le couplage « faible ». L'algorithme d'intégration utilisé est implicite et utilise une méthode classique de prédiction élastique-correction plastique pour le calcul des incréments des variables internes par un schéma de Newton-Raphson. Le calcul de la matrice tangente consistante prend en compte l'influence de l'endommagement ductile. Pour valider cette méthodologie, une large gamme de procédés dont certains sont issus de l'industrie, tels que le découpage de tôle, la compression de cylindres, le forgeage et l'extrusion d'un croisillon, la mise en forme d'un écrou six-pans, le filage,… est présentée, et comparée avec des essais expérimentaux quand cela est possible. La capacité de cette méthodologie à prédire correctement l'initiation et la propagation de l'endommagement en mise en forme est clairement démontrée

Cette thèse propose une notion de quantification par déformation des variétés de Poisson au sens des C*-algèbres, en lien notamment avec l'emploi de groupoïdes. Cette théorie s'appuie sur des exemples, notamment celui des variétés toriques. La première partie est un rappel de connaissances développées depuis quelques dizaines d'années sur les groupoïdes et leurs C*-algèbres. La deuxième partie présente les définitions de déformation et de quantification utilisées ensuite, et leur traduction, pour les groupoïdes, dans la notion importante de groupoïde de déformation. Une large classe de sous-groupoïdes des groupoïdes de Lie est de ce type. Enfin le résultat principal de cette thèse est une condition suffisante sur les variétés M munies de l'action d'un tore Tn pour construire un groupoïde de déformation associé, au moyen du choix d'une action de Rn sur une variété contenant le quotient M/Tn ; ce groupoïde se présente comme un sous-groupoïde du groupoïde de l'action d'un groupe discret. On retrouve alors des résultats de quantification connus pour Cn, les tores et les sphères de dimension 4 non commutatifs. La troisième partie applique ce résultat à l'exemple des variétés toriques, dont la géométrie étonnante, en terme de moment notamment, fut découverte dans les années 80. Cette construction fournit le premier exemple de quantification des variétés toriques dans un cadre C*-algebrique, même dans les cas les plus simples (sphère de dimension 2, espaces projectifs complexes).

Les travaux effectués, dans le cadre de cette thèse, concernent l'analyse et la synthèse de systèmes dynamiques continus complexes de grande dimension. Pour la classe des systèmes étudiés, est mise en exergue en particulier l'importance du choix de la description des systèmes sur l'étendue des résultats pouvant être obtenus lorsque la méthode d'étude de la stabilité est fixée.L'utilisation des normes vectorielles comme fonction d'agrégation et du critère pratique de Borne et Gentina pour l'étude de la stabilité, associée à la description des systèmes par des matrices caractéristiques de forme en flèche, a permis l'élaboration de nouvelles conditions suffisantes de stabilisabilité de systèmes dynamiques continus non linéaires, monovariables et multivariables, formulées en théorèmes et corollaires.Ces résultats obtenus, pour une classe de processus, pouvant être caractérisés par des matrices instantanées de forme en flèche mince, ont été généralisés au cas des matrices quelconques, pouvant être mises sous forme en flèche mince généralisée ou en flèche épaisse.Les critères élaborés, soit pour l'analyse de la stabilité soit pour la synthèse d'une loi de commande stabilisante, sont ensuite exploités, avec succès, pour la formulation de nouvelles conditions suffisantes de vérification des propriétés de synchronisation, d'anti-synchronisation et de synchronisation hybride de systèmes chaotiques du type maître-esclave, d'un grand intérêt, en particulier, pour garantir une transmission sécurisée

Les industriels de l'aéronautique et de l'énergie cherchent continuellement à accroître les températures de fonctionnement de leurs turbomachines dans un souci de rendement et de diminution des émissions polluantes. L'amélioration de la durabilité des composants constitue également une de leurs priorités. Dans ce contexte, la résistance mécanique des superalliages à base de nickel polycristallins utilisés pour les disques de turbines est un point clef. Cette thèse porte sur les modes de déformation et d'endommagement qui se développent à 700°C lors de sollicitations mécaniques de type fatigue, fluage et fatigue-fluage au sein de deux structures métallurgiques différentes de l'alliage Udimet 720. Les différences de comportement mécanique sont analysées au travers des structures de dislocations et de l'évolution des mécanismes qui opèrent à cette échelle. Le rôle des conditions de chargement (s, Dt) et de la microstructure de précipitation g' multimodale est précisé notamment concernant la transition entre le cisaillement des précipités g' et leur contournement. En parallèle, les processus d'amorçage de fissures et de leur propagation sont caractérisés. Si une transition inter – transgranulaire de la croissance des fissures est constatée pour certaines conditions de chargement, l'endommagement des joints de grains et de macles domine. Des interactions complexes fatigue-fluage-oxydation sont de plus mises en évidence par la réalisation d'essais mécaniques équivalents conduits sous air et sous vide. Dans le domaine de haute température exploré, la microstructure de précipitation de cet alliage n'est pas stable. Les effets d'un traitement de vieillissement ont été quantifiés ainsi que leurs répercussions sur le comportement mécanique et la durée de vie. Systématiquement les deux structures métallurgiques homogène et hétérogène ont été comparées. Mots clés : Superalliage Base-nickel, Fatigue-Fluage, Structures de Dislocations, Processus d'Endommagement, Oxydation, Vieillissement Métallurgique.

La programmation par contraintes rencontre depuis le milieu des ann´es 90 un certain succès dans la résolution d'applications combinatoires complexes. Son extension aux contraintes d'intervalles est une approche prometteuse pour traiter des contraintes non-linéaires. La résolution de systèmes hybrides discrets-continus est pour autant restée essentiellement inexplorée. Cette thèse exploite un modèle hybride pour s'attaquer a une application en permettant d'éviter la discrétisation du problème. Les deux problèmes traités sont les suivants : 1. Contraintes globales continues : la définition de contraintes globales a permis d'améliorer substantiellement l'expressivité et l'efficacité des solveurs de contraintes discrets. Nous spécifions ici une première contrainte globale dans un solveur continu. Elle maintient des contraintes de distance euclidienne entre n points par un algorithme géométrique. 2. Résolution d'une application hybride discrète-continue : l'aide au déploiement d'antennes radio est un métissage du problèmes d'allocation de fréquences radio et d'un problème d'analyse de localisation. Nous utilisons notre contrainte globale de distance euclidienne pour obtenir une résolution hybride discrète-continue efficace de ce problème.

Cette étude porte sur l'influence des défauts de fonderie sur la tenue en fatigue du Ti 6-4 moulé. L'objectif est de produire des données expérimentales en fatigue afin de quantifier l'impact des défauts liés au procédé de moulage à la cire perdue et d'identifier les mécanismes d'endommagement. Après la détermination d'une éprouvette représentative des pièces réelles, la première partie de l'étude expérimentale est menée sur des défauts sphériques artificiels de surface. Dans une seconde partie, des piqûres, retassures et inclusions de céramique sont étudiées. On montre que le Ti 6-4 moulé est un matériau tolérant aux défauts de type piqûre. On montre aussi que pour des durées de vie de 105 cycles les parts d'amorçage et de propagation sont équivalentes quand la fissure s'amorce à partir d'un défaut. Les retassures induisent un abattement en contrainte de 50% et les inclusions un abattement de 30 à 50% : la taille n'est pas le seul paramètre important. Le second objectif est de développer un outil numérique capable de prendre en compte explicitement le défaut. Un critère de fatigue multiaxial basé sur la distribution des contraintes autour du défaut est utilisé. Une discussion est menée sur les grandeurs pertinentes permettant de traduire l'influence d'un défaut selon son type et sa taille. L'application du critère implanté par voie analytique et en élasticité linéaire donne de bons résultats. Grâce aux défauts naturels, on montre qu'il est nécessaire de capter leur nature à l'aide d'un paramètre qui représente leur taille admissible. Le critère proposé permet de calculer des courbes S-N pour tout type de chargement et toute taille de défaut.

De nombreux travaux expérimentaux mettent en évidence que, dans un environnement hydrogénant, l'hydrogène généré par des réactions en surface puis drainé dans la zone plastifiée modifie les mécanismes de déformation et d'endommagement en pointe de fissure de fatigue dans les métaux, entraînant un abaissement important de leur résistance à la fissuration. L'objectif est de développer un modèle de ces phénomènes complexes dans le cadre de la mécanique de l'endommagement, et de le confronter aux résultats d'essais de propagation de fissure de fatigue sous hydrogène gazeux sur un acier inoxydable martensitique 15-5PH. Un modèle de fissuration utilisant une méthode de zone cohésive a été implémenté dans le code de calcul ABAQUS. Une loi de traction-séparation adaptée aux chargements cycliques, dont les paramètres sont influencés par la concentration en hydrogène, a été développée. De plus, la diffusion de l'hydrogène tient compte de l'influence de la contrainte hydrostatique et du piégeage. Le comportement mécanique du volume du matériau est modélisé par une loi élastoplastique. On montre que le modèle est capable de prédire la propagation monotone en présence d'hydrogène, puis on étudie la capacité du modèle cohésif avec la loi de traction-séparation développée à prédire les courbes de propagation de fatigue pour l'acier 15-5PH sous air. Enfin, les vitesses de propagation de fissure de fatigue simulées en présence d'hydrogène sont comparées à celles obtenues expérimentalement. La capacité du modèle à évaluer les contributions respectives des mécanismes d'endommagement (HELP, HEDE) dans la dégradation de la résistance à la fissuration de l'acier étudié est discutée.