Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse présentent une nouvelle approche permettant d'estimer et si possible minimiser l'écart maximum de la sortie par rapport à l'objectif dans le cas des processus non linéaires pour lesquels il n'est pas toujours possible de déterminer une commande permettant d'atteindre exactement un objectif donné.Le concept de norme vectorielle, associé à la définition des systèmes de comparaison par l'approche de la stabilité Borne et Gentina, et le choix de la représentation matricielle qui s'avère particulièrement importante pour l'étude de la stabilité, est proposé dans ce travail, avec succès, pour étudier la stabilité des processus complexes de modèles éventuellement incertainsNous avons défini une technique d'estimation des attracteurs caractérisant le maximum de l'erreur par rapport à l'objectif et par la prise en compte des résultats ainsi obtenus de les affiner par des itérations successives de la procédure présentée.Dans la recherche de commandes, l'approche a été réalisée en définissant celle-ci par retours d'état calculés soit directement, soit à partir d'une linéarisation du modèle du processus dans le voisinage de l'objectif. Une attention toute particulière a été accordée aux processus du type Lur'e Postnikov

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3888. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. f. 158-162.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3942. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 217-226.

Les films minces sont abondamment utilisés pour protéger ou fonctionnaliser les surfaces. Les contraintes mécaniques peuvent cependant entraîner la ruine de ces structures par la propagation de fissures ou leur décollement. Nous présentons deux systèmes expérimentaux qui amènent à s'interroger sur les limites de validité des critères de stabilité communément admis. Pour une couche de sol- gel présentant une énergie d'adhésion modérée avec son substrat de silicium, nous observons la propagation de fissures dans des films réputés stables. Les motifs de propagation sont étonnement réguliers (en forme de spirales ou d'allées de croissants). Nous caractérisons expérimentalement cette propagation. Nous mettons en évidence un nouveau mode de propagation de fissure où la délamination et la fissure transverse collaborent. Nous montrons l'existence d'une taille d'interaction robuste entre fissures indépendantes du chargement et des énergies de rupture. Nous proposons un modèle simple permettant de prédire les conditions de propagation et la sélection des motifs. Nous caractérisons enfin la dynamique de propagation de telles fissures. Dans un second système expérimental motivé par les applications en électronique flexible, nous nous intéressons à des films nanométriques d'oxyde de zinc déposés sur des substrats de polymère. La rigidité du substrat est alors faible devant celle de la couche. Nous décrivons la fragmentation du film et proposons une extension d'un modèle de couche élastique sur fondation élasto-plastique. Enfin, nous nous intéressons à la compression et à la fragmentation d'un multicouche comportant une fine épaisseur d'argent.

El trabajo realizado en esta tesis doctoral tiene como objetivo mejorar las metodologías de la química teórica y computacional en la descripción de los efectos del entorno en sistemas químicos. La primera parte se centra en el efecto del solvente, en concreto en el desarrollo de modelos cuánticos continuos de solvatación, y en la derivación de modelos de solvatación fraccional obtenidos a partir de métodos continuos capaces de descomponer energías libres de solvatación y de transferencia entre solventes en contribuciones asociadas a fragmentos químicos de una molécula. Esto permite obtener el perfil tridimensional de las regiones hidrofóbicas/hidrofílicas de una molécula a partir de sus contribuciones fraccionales a la solvatación, siendo esta información muy útil en el establecimiento de relaciones cuantitativas estructura-actividad para el desarrollo de nuevos fármacos, o en la definiciones de índices de similaridad hidrofóbicos, basados en la similitud de este perfil tridimensional entre dos compuestos. Con este objetivo se ha parametrizado satisfactoriamente el modelo continuo MST para la predicción de coeficientes de partición octanol/agua y de energías libres de solvatación en agua, cloroformo, tetracloruro de carbono y octanol, tanto a nivel ab initio HF/6-31G(d) como a niveles semiempíricos AM1 y PM3. También se ha parametrizado el modelo MST para el estudio de especies iónicas en solución. Finalmente, se ha llevado a cabo una comparación entre la respuesta electrostática obtenida a partir de diferentes modelos continuos SCRF (MST, SM5.42R y MPE), ilustrando las grandes diferencias que se pueden encontrar entre las contribuciones electrostáticas y no electrostáticas según sea el modelo usado, y poniendo así de manifiesto la estrecha relación que hay que considerar entre estas contribuciones a la solvatación y la parametrización específica de cada modelo continuo. La metodología de solvatación fraccional usada ha permitido además ilustrar la dependencia de estas contribuciones fragmentales respecto a efectos electrónicos, estéricos o tautoméricos. La segunda parte de este trabajo se centra en el desarrollo de metodologías eficientes y precisas para la descripción de las fuerzas de polarización en campos de fuerzas clásicos. Se han estudiado dos metodologías, una basada en un tratamiento implícito de estas fuerzas a partir de un modelo de doble carga, que permite describir satisfactoriamente la distribución de carga de una molécula en un entorno aislado, y frente a la acción de un campo externo, respectivamente, permitiendo reproducir de forma adecuada las energías de polarización para una serie de complejos por puente de hidrógeno y catión-pi. También se ha estudiado la inclusión de los efectos de polarización mediante dipolos puntuales inducidos. En este sentido, se ha profundizado en una metodología capaz de obtener modelos distribuidos de polarizabilidades atómicas isotrópicas muy eficiente computacionalmente y que permite reproducir de forma precisa la polarizabilidad global de las moléculas para la serie de derivados bencénicos estudiados, así como la contribución de polarización en sus energías de interacción catión-pi con un catión de sodio. / The objective of this work is the improvement of the methodologies available in the field of theoretical and computacional chemistry for the description of the effects of environment in chemical systems.First, it is presented a set of studies on the effect of the solvent, in particular on the development of quantum continuum solvation models and the decomposition of free energies of solvation and transfer into contributions associated to chemical fragments of a molecule. In this way, it can be obtained a 3D picture of the hydrophobic/hydrophylic regions of a molecule, and this information is very valuable in the establishment of quantitative structure-activity relationships for the development of new drugs, and permits also the definition of a hydrophobic similarity index based on the the hydrophobic profile of two different compounds. The parametrization of the MST model presented is able to satisfactorily reproduce octanol/water partition coefficients and free energies of solvation in water, chloroform, carbon tetrachloride and octanol, both at the ab initio HF/6-31G(d) and semiempirical AM1 and PM3 levels of theory. The hydration of ionic species has also been revised in the framework of the MST model. Finally, a comparison of the electrostatic response obtained from different SCRF continuum models (MST, SM5.42R and MPE) is presented. A different balance between the electrostatic and nonelectrostatic contributions has been obtained from the different models, and show that it is necessary to mantain a close correspondece between each SCRF formalism and the specific details of its parametrization. Finally, the transferability of fragmental contributions to solvation has been explored. The second part of this work is aimed at the development of efficient methodologies for the description of polarization forces in classical force fields. Two methodologies has been explored. The first is based on an implicit treatment of these forces through a dual charge model, that represent the charge distribution of a molecule alone and in response to an external field, respectively. Finally, the explicit treatment of polarization effects through induced point dipoles has been studied. In particular, it has been explored an efficient methodology to obtain distributed models of atomic isotropic polarizabilities.

Le formage de matériaux multiphasés comprend des mécanismes complexes en lien avec la rhéologie,la morphologie et la topologie des phases.Du point de vue numérique,la modélisation de ces phénomènes en résolvant les équations aux dérivées partielles (EDP) décrivant le comportement continu des phases n'est pas trivial.En effet,de nombreuses discontinuités associées aux phases se déplacent et peuvent interagir.Ces phénomènes peuvent être conceptuellement déclicats à intégrer au modèlecontinu et coûteux en termes de calcul.Dans cette thèse,la méthode des éléments discrets (DEM) est utilisée pour modéliser phénoménologiquement les déformations finies inélastiques dans les multi-matériaux.Les lois d'interactions attractive-répulsive sont imposées à des particules fictives,dont les ré-arrangements collectifs modélisent les déformations irréversibles de milieux continus.Le comportement numérique des empilements de particules est choisi pourreproduire des traits caractéristiques de la viscoplasticité parfaite etisochore:contrainte d'écoulement,sensibilité à la vitesse de déformation,conservation du volume.Les résultats d'essais de compression de bi-matériaux simples,simulés avec la DEM,sont comparés à la méthode des éléments finis (FEM) et sont en bon accord.Le modèle est entendu pour pouvoir supporter des sollicitations de traction.Une méthode de détection de contacts et d'auto-contacts d'objets physiques estproposée,basée sur l'approximation locale des surfaces libres.Les capacités de la méthodologie globale sont testées sur des mésostructurescomplexes,obtenues par tomographie aux rayons X.La compression à chaud d'un composite métallique dense est modélisée.La co-déformation peut être observées à l'échelle spatiale des phases.Deux cas de matériaux ``poreux'' sont considérés.Premièrement la simulation de la compression puis traction d'alliagesd'aluminium présentant des pores.Ces pores proviennent du coulage du matériau,leur fermeture et ré-ouverture mécanique est modélisée,y compris la coalescence à grande déformation.Deuxièmement la simulation de la compression de mousse métallique de faibledensité.Typiquement utilisée dans le but d'absorber de l'énergie mécanique,la compression jusqu'à densification provoque de nombreuses interactions entreles bras de matière. / Forming of multiphase materials involves complex mechanisms linked with therheology,morphology and topology of the phases.From a numerical point of view,modeling such phenomena by solving the partial differential equation (PDE) system accounting for thecontinuous behavior of the phases can be challenging.The description of the motion and the interaction of numerous discontinuities,associated with the phases,can be conceptually delicate and computationally costly.In this PhD,the discrete element method (DEM) is used to phenomenologically model finite inelastic strain inmulti-materials.This framework,natively suited for discrete phenomena,allows a flexible handling of morphological and topological changes.Ad hoc attractive-repulsive interaction laws are designed betweenfictitious particles,collectively rearranging to model irreversible strain in continuous media.The numerical behavior of a packing of particles can be tuned to mimic keyfeatures of isochoric perfect viscoplasticity:flow stress, strain rate sensitivity, volume conservation.The results for compression tests of simple bi-material configurations,simulated with the DEM,are compared to the finite element method (FEM) and show good agreement.The model is extended to cope with tensile loads.A method for the detection of contact and self-contact events of physicalobjects is proposed,based on a local approximation of the free surfaces.The potential of the general methodology is tested on complex mesostructuresobtained by X-ray tomography.The high temperature compression of a dense metallic composite is modeled.The co-deformation can be observed at the length scale of the phases.Two cases of ``porous'' material are considered.Firstly,the simulation of the compression and the tension of aluminum alloys with poresis investigated.These pores stem from the casting of the material,their closure and re-opening is modeled,including the potential coalescence occurring at large strain.Secondly,the compression of a metallic foam,with low relative density,is modeled.Typically used in energy absorption applications,the compression up to densification involves numerous interactions between thearms.

Dans les régions de montagne, la prévision des évènements gravitaires reste un défi pour la gestion des risques. Des méthodes de calcul telles que la méthode des éléments discrets (DEM), où les particules interagissent les unes avec les autres pour restituer un comportement global d’une masse granulaire, ont été utilisées pour aborder ce type de problématique. L’application de la DEM reste normalement limitée aux évènements de petits volumes impliquant un nombre de blocs plutôt faible, puisque les temps de calcul peuvent devenir rapidement prohibitifs avec l’augmentation du nombre de particules. Les méthodes de calcul continues sont donc une alternative intéressante car elles permettent de réduire les temps de calcul. Elles nécessitent cependant la définition d’une loi de comportement macroscopique capable de représenter correctement les principaux traits de comportement mécanique du matériau au sein de la masse. L'objectif principal du travail de thèse réside dans le développement d’un outil numérique permettant de modéliser certains aléas gravitaires tels que les écoulements en masse. Notre choix s’est porté sur une méthode Lagrangienne-Eulérienne (méthode des points matériels – MPM) capable de gérer de grandes déformations tout en bénéficiant des principaux avantages de la méthode des éléments finis (FEM). La méthode utilise une grille Eulérienne fixe sur laquelle se déplacent des points matériels pendant les simulations. Un outil numérique, nommé MPMbox (2D et 3D), a été développé entièrement durant la thèse en C++. Le code a été validé à l'aide d'une série de solutions analytiques en quasi-statique (tests géotechniques standards) ainsi que par des applications de la littérature incluant des déformations importantes et rapides (tests d'affaissement). Après validation, le code a été confronté aux prédictions d’un outil de calcul DEM (DEMbox) dans le cadre de simulations numériques impliquant l'écoulement (initiation, régimes transitoires, propagation et arrêt) d'un matériau granulaire (particules sphero-polyhédriques) sur un plan incliné. Les résultats ont été comparés en termes de distance de propagation, de forme du dépôt et d'énergies dissipées à l'interface et dans la masse pendant l'écoulement. Pour les applications qui ont suivies, des éléments discrets ont été couplés à la MPM afin qu'un bloc rigide (DEM) puisse interagir avec un sol déformable (MPM). Cette application a consisté en l'analyse (2D) de la collision entre un bloc rocheux rigide (rond ou carré) et un sol bicouche élastoplastique. Les investigations ont été largement basées sur la mesure de coefficients de restitution (rapport des énergies cinétiques avant et après impact) qui reste difficile à déterminer expérimentalement. / In mountainous regions, the prediction of gravitational phenomena remains a challenge for the management of risk. Computational methods such as the Discrete Element Method (DEM) have been used for the modeling of these types of phenomena, where particles interact with each other to give an overall behavior of the mass. Its application can be somewhat restricted to small and medium number of blocks, since the computational time can easily become too large. Continuum analyses are therefore an attractive approach, which can reduce the computational times, but that rely on a constitutive law to represent the behavior within the mass. The main objective of this PhD was to develop a numerical tool that allowed the modeling of some specific gravitational hazards, such as the flowing of mass. A Lagrangian-Eulerian method such as the Material Point Method (MPM) is able to handle large deformations, while preserving most of the capabilities of the Finite Element Method (FEM). The method uses an Eulerian grid which is only used as a numerical scratch-pad, and remains fixed during simulations. A numerical tool named MPMbox (2D and 3D) was then developed from the ground up using C++. The code was validated using a series of analytical solutions for quasi-static analysis (some standard geotechnical tests), as well as simulations including large and rather rapid deformations (slump tests). After validation, the code was first used to make a numerical comparison with the DEM. In the comparison, a parametric survey was carried out during which the flow of a granular material on a sloped surface was simulated. Results were compared in terms of run-out distance, spread of the deposit and energy dissipated at the interface and within the mass during the flow. For a second study, discrete elements were coupled with MPM so that a rigid block could interact with a deformable soil. This application consisted in the (2D) analysis of the collision between a discrete block (round and squared) and a bounded elasto-plastic double-layered soil (soft over hard layers). The investigations were largely based on the measurement of the restitution coefficient (ratio of kinetic energies before to after the impact), which cannot be easily determined experimentally.

Un défi actuel dans le domaine de l'optique est de mieux comprendre les effets de champ proches optiques des systèmes et de pouvoir agir dessus. C'est dans ce contexte que j'explore tout au long de cette thèse ces notions appliquées aux milieux 3D diélectriques désordonnés et aux films désordonnés métal-diélectriques. Pour les milieux 3D, nous avons choisi une approche par un montage de microscopie de champ proche pour faire la mesure du champ proche optique. Nous avons pour cela dû faire un travail en amont sur la préparation des échantillons pour éviter les artefacts de mesure. Ces mesures ont révélés des structures intéressantes. Nous avons ensuite étudié les modes optiques sur les films métal-diélectriques et montré qu'il existe des modes étendus pour certaine valeurs de la faction surfacique de métal déposée. Nous avons quantifié leur extension par la mesure de la longueur d'interaction et mesuré des valeurs de l'ordre de la dizaine de microns, suffisant pour être contrôlé depuis le champ lointain. Ces mesures ont ouvert la voie au contrôle du front d'onde du faisceau incident dans l'objectif de la focalisation en champ proche de la lumière. Ceci a pu être réalisé grâce à l'utilisation d'un modulateur spatial de lumière pour le contrôle du front d'onde et à un signal non-linéaire de luminescence à deux photons pour la mesure du champ proche optique. Nous obtenons la focalisation en champ proche de l'énergie d'un facteur supérieur à dix. Enfin, la technique de microscopie de champ proche a pu être implémentée et couplée au contrôle de front d'onde et une première optimisation a pu être obtenue. Cela reste néanmoins un travail préliminaire. / One important challenge to address in the optical field is a better understanding of the optical near field of systems and how we can interact with them from the far-field. It is in this regard that I studied and controlled of the near field of both 3D disordered dielectric media and metal-dielectric disordered films. For 3D media, we used a near-field microscope to measure the optical field on their surface. To reach a free-artefact measure, we had to carefully prepare the sample by minimising the rugosity. In a second part, we studied optical modes on metal-dielectric films et we showed that it exists extended modes for some specific values of metal filling fraction of the sample. Extension of the modes has been quantified by measuring the interaction length and has been found in the order of 10 $\mu$m, enough to allow a far field control of the modes. These measurements opened the way for wavefront control of the incident beam in order to focus light in the near field of the sample. We use a spatial light modulator to control the incident wavefront and a non-linear signal (two photons luminescence - TPL) for the near-field measurement of the optical field. We could reach focusing of the energy by a factor more than ten. Finally, the SNOM technique has been coupled to the wavefront shaping system and we get preliminary measurements of optimisation in the near-field by this technique.

Cette thèse traite du développement d’un élément continu de plaques orthotropes, sandwichs et multicouches. La démarche consiste dans un premier temps à établir la matrice de raideur dynamique de plaques orthotropes pour des conditions aux limites naturelles à partir d’une reformulation des éléments de plaques isotropes développés au laboratoire QUARTZ (EA7393). La démarche est basée d’une part sur la décomposition des conditions aux limites libres décrite par Gorman et d’autre part sur la résolution des équations de mouvement en se basant sur les développements en séries de Levy. La matrice de raideur dynamique est ensuite obtenue par projection des déplacements et des efforts de frontières sur des bases fonctionnelles compatibles avec les opérations d’assemblage. Dans un second temps, la formulation des éléments sandwichs et multicouches est décrite par superposition des plaques orthotropes précédemment développées.Les formulations présentées prennent en compte les vibrations de flexion et les vibrations dans le plan, dites vibrations de membrane. La validation de ces éléments est menée par une confrontation systématique de réponses harmoniques non amorties avec celles obtenues par diverses modélisations éléments finis. / This thesis deals with the development of a continuous element for orthotropic, sandwich and multilayer plates. This approach is based essentially on the construction of the dynamic stiffness matrix of orthotropic plates using natural boundary conditions from a reformulation of the isotropic plate elements developed in the QUARTZ laboratory (EA 7393). In order to develop the dynamic stiffness matrix of the studied element we resort on the first hand to the decomposition of free boundary conditions described by Gorman, on the second hand to the resolution of the equations of motion by using Levy series expansions. The dynamic stiffness matrix is then obtained by projecting movements and frontier efforts on functional bases compatible with assembly operations. Finally the continuous sandwich and multilayer plate element is described by superposition of continuous orthotropic plates element previously developed.The formulations presented takes into account the bending vibration and the vibration in the plane, called membrane vibration. The validation of all obtained results is conducted by a systematic comparison of undamped harmonic responses with those obtained by various finite element models.

On cherchera dans cette thèse à prouver l'existence d'ensembles invariants pour des systèmes continus et l'existence de noyaux de viabilité pour des systèmes à commutation (dépendant de l'espace ou du temps) dans des sous-ensembles de l'espace des phases. Ces objets sont des plus importants dans la théorie des systèmes dynamiques, ils peuvent être décrits de manière informelle comme étant des ensembles qui, lorsque le système dynamique y entre, il y restera à tout jamais. Pour prouver l'existence de tels ensembles on utilisera une propriété topologique dite propriété (ou principe) de Wazewski. On présentera alors une méthode effective pour pouvoir appliquer ce principe à des systèmes continus premièrement. Puis nous généraliserons cette première méthode pour pouvoir la rendre applicable aussi à des systèmes à commutation. / We aim at proving the existence of invariants sets for continuous systems and viability kernels for (time-dependent and state-dependent) switched systems in compact subsets of the phase space. They are of the most important objects of dynamical systems theory. They can be described informally by saying that they are subsets such that, if the dynamical system goes inside, it will remain inside forever. For proving the existence of such sets we will use a topological property named the Wazewski property (or principle).We will firstly present an effective method for applying this principle for continuous systems and then we will generalize this first method in order to make it applicable also for switched systems.