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Lorsqu'une structure en béton est soumise à des sollicitations du type séchage ou hautes températures, différents mécanismes interviennent aux différentes échelles d'étude possibles de ce matériau, induisant le comportement global de la structure. Deux mécanismes sont ici distingués : les gradients (hydriques ou thermiques) à l'échelle macroscopique et les incompatibilités de déformations pâte de ciment/granulat à l'échelle mésoscopique. Les travaux présentés visent à déterminer l'effet de ces deux mécanismes. Les simulations réalisées sur le logiciel aux Eléments Finis Cast3M montrent ainsi l'apport d' "essais virtuels" en complément des expériences réelles pour permettre la séparation et la quantification des différents mécanismes intervenant dans la dégradation des propriétés mécaniques. Ces travaux s'appuient sur l'association des deux approches mésoscopique et macroscopique, utilisant deux maillages différents, homogène (considérant une phase unique, le béton) et hétérogène (considérant les deux phases pâte de ciment et granulats). L'influence du modèle mécanique adopté lors des simulations sur l'endommagement et la chute des propriétés mécaniques est également étudié.

Les structures treillis constituées d'un nombre important de barres sont largement utilisées, notamment en génie civil. L'étude par éléments finis de telles structures se révèle très coûteuse dès que la maille répétitive du treillis est complexe. Il s'avère intéressant de réduire la taille du problème en définissant un milieu continu équivalent. L'objectif de la première partie de ce travail est de proposer, en se plaçant dans le cadre des méthodes d'homogénéisation des milieux périodiques, une poutre de Timoshenko équivalente à une structure périodique dont l'une des dimension est grande par rapport aux deux autres. Une des originalités réside dans l'étude de cellules de base non symétriques. Par ailleurs, on s'intéresse à la prise en compte de déformations libres (par exemple, d'origine thermique) apparaissant à l'échelle microscopique. La seconde partie est consacrée à l'étude de la structure axonémale du flagelle et des cils vibratiles. Il s'agit de proposer et valider un modèle pour cette structure biomécanique complexe et d'appliquer ensuite la méthode d'homogénéisation proposée

Les techniques d'interférométrie sur réflecteurs persistants, ou points stables (PSI), sont des outils particulièrement efficaces pour le suivi des déformations du sol et offrent les avantages typiques des systèmes de télédétection radar à synthèse d'ouverture (RSO) : une large couverture spatiale combinée à une résolution relativement élevée. Ces techniques sont basées sur l'analyse d'un jeu d'images RSO acquises sur une zone donnée. Elles permettent de régler le problème de décorrélation grâce à l'identification d'éléments particuliers (au sein de la cellule de résolution) dont la rétrodiffusion radar est de haute qualité et stable sur toute une série d'interférogrammes. Ces techniques sont fort efficaces (utiles ?) pour l'analyse de zones urbaines où les constructions constituent de bons réflecteurs avec une réflexion supérieure à celle du sol ; il en va de même pour des zones de campagne où la densité d'infrastructures est plus limitée. La technique PSI requiert un modèle temporel approximatif a priori pour la détection des déformations, bien que la caractérisation de l'évolution temporelle de la déformation soit communément l'un des objectifs des études. Le travail réalisé porte sur une technique PSI particulière, appelée Stable Point Network (SPN), Réseau de Points Stables, qui a été totalement développée par Altamira Information en 2003. Le travail présente de manière concise les caractéristiques de la technique et décrit les principaux produits générés : carte moyenne de déformation, séries temporelles de déformation des points mesurés, et les cartes de résidu d'erreur topographique utilisées pour géocoder de façon précise les produits PSI. Le principal objectif de cette thèse est l'identification et l'analyse des points faibles de la chaîne de traitement SPN et le développement de nouveaux outils et méthodologies pour résoudre les problèmes identifiés. Dans un premier temps, les performances de la technique SPN sont examinées et illustrées sur des cas pratiques (basés sur des sites test réels et à partir de données provenant de différents capteurs) et à l'aide de simulations. Les principaux points faibles de la technique sont identifiés et commentés, notamment le manque de paramètres automatiques de contrôle qualité, l'évaluation de la qualité des données d'entrée, la sélection de bons points pour la mesure ainsi que l'utilisation d'un modèle fonctionnel pour le déroulement de phase (franges interferometriques) basé sur une tendance linéaire de la déformation dans le temps. Différentes solutions sont ensuite envisagées. Nous nous intéressons tout particulièrement au contrôle qualité automatique dans la procédure de coregistration, en utilisant l'analyse du positionnement inter-pixel de certains points naturels, comme par exemple des pixels identifiés dans les images. L'amélioration de la sélection finale des points de mesure (carte PSI) s'obtient grâce à l'analyse de la signature du signal radar des cibles les plus puissantes présentes au sein de l'image, afin de sélectionner uniquement le centre du lobe principal du point de mesure. D'autres développements apportent plus de robustesse dans des étapes clefs, ainsi l'analyse du rotationel des estimations en lien étroit avec un réseau de mesures relatives, ou l'implémentation d'une méthodologie différente pour l'intégration qui peut être lancée en parallèle afin d'être comparée avec l'intégration classique. Enfin le principal inconvénient de la technique, c'est-à-dire l'utilisation d'un modèle linéaire de détection des déformations du sol fait l'objet d'un développement d'une nouvelle méthode d'ajustement qui permet des changements de tendance durant la période de temps considérée(...) / Persistent Scatterer Interferometric techniques are very powerful geodetic tools for land deformation monitoring that offer the typical advantages of the satellite remote sensing SAR (Synthetic Aperture Radar) systems : a wide coverage at a relatively high resolution. Those techniques are based on the analysis of a set of SAR images acquired over a given area. They overcome the decorrelation problem by identifying elements (in resolution cells) with a high quality returned SAR signal which remains stable in a series of interferograms. These techniques have been useful for the analysis of urban areas, where man-made objects produce good reflections that dominate over the background scattering, as well as in field areas where the density of infrastructures is more limited. Typically, PSI technique requires an approximate a priori temporal model for the detection of the deformation, even though characterizing the temporal evolution of a deformation is commonly one of the objectives of any study.This work is focused on a particular PSI technique, which is named Stable Point Network (SPN) and that it has been completely developed by Altamira Information in 2003. The work concisely outlines the main characteristics of this technique, and describes its main products: average deformation maps, deformation time series of the measured points, and the so-called maps of the residual topographic error, which are used to precisely geocode the PSI products. The main objectives of this PhD are the identification and analysis of the drawbacks of this processing chain, and the development of new tools and methodologies in order to overcome them. First, the performances of the SPN technique are examined and illustrated by means of practical cases (based on real test sites made with data coming from different sensors) and simulated scenarios.Thus, the main drawbacks of the technique are identified and discussed, such as the lack of automatic quality control parameters, the evaluation of the input data quality, the selection of good points for the measurements and the use of a functional model to unwrap the phases based on a linear deformation trend in time. Then, different enhancements are proposed. In particular, the automatic quality control of the coregistration procedure has been introduced through the analysis of the inter-pixel position of some natural point targets-like pixels identified within the images. The enhancements in the selection of the final points of measurements (the final PSI map) come by means of the analysis of the SAR signal signature of the strong targets presented within the image, in order to select only the center of the main lobe as point of measurement. The introduction of robustness within some critical steps of the technique is done by means of the analysis of the rotational of the estimates in close loops within a network of relative measurements, and by means of the implementation of a different integration methodology, which can be ran in parallel in order to compare it with the classical one. Finally, the main drawback of the technique, the use of a linear model for the detection of ground deformations, is addressed with the development of a new fitting methodology which allows possible change of trends within the analyzed time span. All those enhancements are evaluated with the use of real examples of applications and with simulated data. In particular, the new methodology for detecting non-linear ground deformations has been tested in the city of Paris, where a large stacking of ERS1/2 and ENVISAT SAR images are available. Those images are covering a very large time period of analysis at where some known non-linear ground deformations where occurring

Cette thèse porte sur les relations entre la limite supérieure de la zone sismogène et la construction et la structuration du prisme de Nankai, au Sud-Est du Japon. La détermination des contraintes dans le prisme à partir des données d’ovalisation de puits montrent une permutation des contraintes au dessus d’un hors séquence, appelé splay fault, situé à la limite de la zone sismogène. Le régime de contrainte est extensif dans cette zone et décrochant dans le reste du prisme. L’étude de la compaction des sédiments à partir des données de porosité corrigée de l’effet des argiles permet de quantifier l’érosion récente des sédiments de pentes, et montre l’existence d’une érosion plus ancienne au dessus des chevauchements majeurs. L’étude des styles de déformations des sédiments montre que l’érosion peut rendre compte de la répartition des structures de déformation dans le prisme. Enfin, la modélisation mécanique de la marge montre que l’activité de la splay fault, très faible depuis le dernier million d’années, et la présence d’une zone d’extension en arrière de cette faille s’expliquent par l’arrêt de l’accrétion et un décollement faible dans le prisme frontal. / This study is focused on the upper limit of the seismogenic zone in the Kumano transect of the Nankai margin in relation with the construction of the wedge. The first step was to determine the stress orientations and amplitude within the wedge from borehole breakouts analysis. We show the striking presence of a trench normal extension zone behind the splay fault in a wedge dominated by a strike-slip stress regime. Locally an extensional stress regime is also observed in the slope sediment of the outer part of the wedge. In a second part of this work, we used porosity corrected from water bound to clay minerals to study the compaction state of the sediments and to quantify the amount of erosion in the slope sediments. Results also highlight the existence of past erosion related to the activity of the splay fault. In a third part, the observation of deformation style within sediments showed that erosion could explain the distribution of dilatant and compactive structures within the wedge. Finally, we show, based on mechanical modeling, that the splay fault slow slip rate over the last million year, and the presence of an extension zone landward of the splay fault, could both be explained by a pause in the accretion and a weak décollement beneath the outer wedge.

L’utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d’acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l’ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s’intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l’utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l’huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l’écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d’écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, …) peut d’ores et déjà être envisagée avec confiance / The use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour’s detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, …) can be run from now on with confidence

Même si le docking protéine-protéine devient un outil incontournable pour répondre aux problématiques biologiques actuelles, il reste cependant deux difficultés inhérentes aux methodes actuelles: 1) la majorité de ces méthodes ne considère pas les possibles déformations internes des protéines durant leur association. 2) Il n'est pas toujours simple de traduire les informations issues de la littérature ou d'expérimentations en contraintes intégrables aux programmes de docking. Nous avons donc tenté de développer une approche permettant d'améliorer les programmes de docking existants. Pour cela nous nous sommes inspirés des méthodologies mises en place sur des cas concrets traités durant cette thèse. D'abord, à travers la création du complexe ERBIN PDZ/Smad3 MH2, nous avons pu tester l'utilité de la Dynamique Moléculaire en Solvant Explicite (DMSE) pour mettre en évidence des résidus importants pour l'interaction. Puis, nous avons étendu cette recherche en utilisant divers serveurs de docking puis la DMSE pour cibler un résultat consensus. Enfin, nous avons essayé le raffinage par DMSE sur une cible du challenge CAPRI et comparé les résultats avec des simulations courtes de Monte-Carlo. La dernière partie de cette thèse portait sur le développement d'un nouvel outil de visualisation de la surface moléculaire. Ce programme, nommé MetaMol, permet de visualiser un nouveau type de surface moléculaire: la Skin Surface Moléculaire. La distribution des calculs à la fois sur le processeur de l'ordinateur (CPU) et sur ceux de la carte graphique (GPU) entraine une diminution des temps de calcul autorisant la visualisation, en temps réel, des déformations de la surface moléculaire. / Protein-protein docking has become an extremely important challenge in biology, however, there remain two inherent difficulties: 1) most docking methods do not consider possible internal deformations of the proteins during their association; 2) it is not always easy to translate information from the literature or from experiments into constraints suitable for use in protein docking algorithms. Following these conclusions, we have developed an approach to improve existing docking programs. Firstly, through modelling the ERBIN PDZ / Smad3 MH2 complex, we have tested the utility of Molecular Dynamics with Explicit Solvent (MDSE) for elucidating the key residues in an interaction. We then extended this research by using several docking servers and the DMSE simulations to obtain a consensus result. Finally, we have explored the use of DMSE refinement on one of the targets from the CAPRI experiment and we have compared those results with those from short Monte-Carlo simulations. Another aspect of this thesis concerns the development of a novel molecular surface visualisation tool. This program, named MetaMol, allows the visualisation of a new type of molecular surface: the Molecular Skin Surface. Distributing the surface calculation between a computer's central processing unit (CPU) and its graphics card (GPU) allows deformations of the molecular surface to be calculated and visualised in real time.

Dans ce travail prospectif, nous proposons une modélisation intégrant un couplage thermo-chimio-mécanique pour les élastomères chargés et dissipatifs. En se basant sur les résultats et les observations de la littérature, nous avons développé un cadre thermodynamique général et proposé trois modèles phénoménologiques de comportement. Nos outils principaux sont la thermodynamique des processus irréversibles, la notion d'états intermédiaires, les matériaux standards généralisés. Une variable interne correspondant au degré de réticulation est introduite. L'évolution de cette variable prend en compte une influence thermique et mécanique à travers la pression hydrostatique. Il s'agit d'une des originalités de cette approche. Ce travail se place dans le cadre général des grandes transformations. Un schéma numérique de résolution monolithique des équations bilan par éléments finis est proposé. Ce schéma tient compte de l'hypothèse de faible compressibilité du matériau par un choix judicieux de relations faibles entre inconnues et par le choix des approximations pour ces dernières. La résolution en temps est traitée par un schéma d'Euler implicite associé à une technique de linéarisation de Newton-Raphson. Un modèle orienté objet du matériau thermo-chimio-mécanique est proposé et implémenté en langage Java dans le code FEMJava. Quelques exemples de simulation illustrent le potentiel de ces modèles en reproduisant de manière qualitative des observations expérimentales. / In this prospective study, we propose a new thermo-chemo-mechanical coupled model for dissipative filled rubber. This work is based on experimental observations and results from the literature. In this context, we have developed three phenomenological constitutive laws within a generic thermodynamical framework. The models enters the category of the thermodynamics of irreversible processes. Intermediate states are taken into account in the model which is build within the generalized standard materials framework. The degree of cure is introduced as an internal variable. The evolution of this variable takes into account the thermal influence and the mechanical influence via the hydrostatic pressure. This is one of the features making this model original. A finite strains approach is considered. A finite element model is applied to the global problem. A monolithic solution scheme is built based on an implicit Euler scheme associated to a of Newton-Raphson linearization technique. This scheme takes into account the weak compressibility of the material condition through, first, a judicious choice of weak relations between unknowns, and second, an adequate choice of approximations for the unknowns of problem to enforce the stability of the numerical scheme. An object-oriented model for the constitutive equations of the thermo-chemo-mechanical model is proposed and is implemented in Java into the FEMJava code. Some simulations illustrate the high potential of these models in qualitatively reproducing these experimental observations.

Dans les propulseurs de fusée, des instabilités aéroacoustiques et des interactions de type fluide-structure sont à l'origine de fortes oscillations de poussées pouvant déranger la poussée du moteur mais également causer des dommages non négligeables. On trouve dans les moteurs de fusée des protections thermiques de face (PTF) coincées entre les pains de propergol. Leurs déplacements se trouvent être la principale cause des interactions fluide structure (IFS) présentes dans les booster. Dans ce contexte, nous avons développé une approche numérique visant à simuler les problèmes d'IFS. Notre méthode se base sur le couplage de deux codes dissociés : l'écoulement est simulé avec CARBUR tandis que la dynamique des structures déformables est traitée par MARCUS. Une loi de comportement hyperélastique a été implémentée dans CARBUR afin de simuler le mouvement des PTF. Une campagne expérimentale a été menée dans notre laboratoire sur le tube à chocs T80 et en guide de validation du couplage des codes, les résultats numériques et expérimentaux ont été confrontés. / In a solid rocket motor, high pressure oscillations induced by aeroacoustic instabilities and fluid structure interaction (FSI) may lead to disturb rocket thrust and cause damages. In the rocket motors, flexible inhibitors made of insulating material are initially bonded to the propellant, and FSI is mainly induced by their displacement. In this context, a numérical approach to simulate FSI problems has been developped. Our method is based on the coupling of two dissociated codes : fluid flow is computed with CARBUR, while the dynamics of deformable structures is simulated by MARCUS. A hyperelastic behaviour law has been implemented in MARCUS in order to simulate the movement of flexible inhibitors. An experimental approach has been leaded in the shock waves tubes (T80) in our laboratory and as a validation of FSI coupling codes, numerical and experimental results have been compared.

Les mécanismes hyperstatiques sont souvent utilisés dans l’industrie pour garantir une bonne tenue mécanique du système et une bonne robustesse aux écarts de fabrication des surfaces. Même si ces assemblages sont très courants, les méthodologies d’analyse de tolérances de ces mécanismes sont difficiles à mettre en oeuvre.En fonction de ses écarts de fabrication, un assemblage hyperstatique peut soit présenter des interférences de montage, soit être assemblé avec jeu. Dans ces travaux de thèse, nous avons appliqué la méthode des polytopes afin de détecter les interférences de montage. Pour un assemblage donné, le polytope résultant du mécanisme est calculé. Si ce polytope est non vide, l’assemblage ne présente pas d’interférence. Si ce polytope est vide, l’assemblage présente des interférences de montage. En fonction du résultat obtenu, deux méthodes d’analyse distinctes sont proposées.Si l’assemblage est réalisable sans interférence le polytope résultant du mécanisme permet de conclure sur sa conformité au regard de l’exigence fonctionnelle. Si l’assemblage présente des interférences de montage, une analyse prenant en compte la raideur des pièces est réalisée. Cette approche est basée sur une réduction de modèle avec des super-éléments. Elle permet de déterminer rapidement l’état d’équilibre du système après assemblage. Un effort de montage est ensuite estimé à partir de ces résultats pour conclure sur la faisabilité de l’assemblage. Si l’assemblage est déclaré réalisable, la propagation des déformations dans les pièces est caractérisée pour vérifier la conformité du système au regard de l’exigence fonctionnelle.La rapidité de mise en oeuvre de ces calculs nous permet de réaliser des analyses de tolérances statistiques par tirage de Monte Carlo pour estimer les probabilités de montage et de respect d’une Condition Fonctionnelle. / Over-constrained mechanisms are often used in industries to ensure a good mechanical strength and a good robustness to manufacturing deviations of parts. The tolerance analysis of such assemblies is difficult to implement.Indeed, depending on the geometrical deviations of parts, over-constrained mechanisms can have assembly interferences. In this work, we used the polytope method to check whether the assembly has interferences or not. For each assembly, the resulting polytope of the mechanism is computed. If it is non empty, the assembly can be performed without interference. If not, there is interferences in the assembly. According to the result, two different methods can be implemented.For an assembly without interference, the resulting polytope enables to check directly its compliance. For an assembly with interferences, a study taking into account the stiffness of the parts is undertaken. This approach uses a model reduction with super elements. It enables to compute quickly the assembly with deformation. Then, an assembly load is computed to conclude on its feasibility. Finally, the spreading of deformation through the parts is calculated to check the compliance of the mechanism.The short computational time enables to perform stochastic tolerance analyses in order to provide the rates of compliant assemblies.