La Tomographie Optique Diffuse (TOD) est une nouvelle technique d'imagerie médicale permettant de reconstruire les propriétés optiques des tissus biologiques dans le but de détecter des tumeurs cancéreuses. Il s’agit, toutefois, d’un problème inverse mal-posé et sous-déterminé. Le travail de cette thèse s’articule autour de la résolution de ce problème en utilisant l’équation du transfert radiatif comme modèle de propagation de la lumière (modèle direct). L’analyse de sensibilité a montré que le facteur d’anisotropie g de la fonction de phase de Henyey-Greenstein est le paramètre le plus influant sur la sortie du modèle direct suivi du coefficient de diffusion µs puis du coefficient d’absorption µa. Dans un premier temps, un algorithme de Gauss-Newton a été implémenté en utilisant les fonctions de sensibilités. Toutefois, ce dernier ne permet d’estimer qu'un nombre très limité de paramètres optiques (supposés constants en espace). Dans un second temps, un algorithme de Quasi-Newton a été développé pour reconstruire les distributions spatiales des propriétés optiques. Le gradient de la fonction objectif a été calculé efficacement par la méthode adjointe à travers le formalisme de Lagrange avec une approche Multi-fréquences. Les reconstructions sont obtenues à partir des données simulées en surface. Le facteur g est reconstruit comme un nouvel agent de contraste en TOD. Le problème de diaphonie entre µs g a été donc mis en évidence dans cette thèse. Notre algorithme a permis de reconstruire en 2D et 3D une ou plusieurs inclusions tumorales présentant différentes formes. La qualité des images reconstruites a été examinée en fonction du nombre de fréquences, de la diaphonie, du niveau de contraste (Inclusion/Fond), du niveau de bruit et de la position des inclusions tumorales / Diffuse Optical Tomography (DOT) is a new medical imaging technique used to reconstruct the optical properties of biological tissues in order to detect cancerous tumors. However, this is an ill-posed and under-determined inverse problem. The work of this thesis deals with the resolution of this problem using the radiative transfer equation as a forward model of light propagation. The sensitivity analysis showed that the anisotropy factor g of the Henyey-Greenstein phase function is the most sensitive parameter of the forward model followed by the scattering coefficient µs and then the absorption coefficient µa. In a first step, a Gauss-Newton algorithm was implemented using the sensitivity functions. However, this algorithm allows to estimate a very limited number of the optical parameters (assumed to be constant in space). In a second step, a Quasi-Newton algorithm was developed to reconstruct the spatial distributions of the optical properties. The gradient of the objective function was efficiently computed by the adjoint method through the Lagrangian formalism with a Multi-frequency approach. The reconstructed images were obtained from simulated boundary data. The g factor was reconstructed as a new optical contrast agent in DOT and the crosstalk problem between this factor and µs has been studied. The results showed that the algorithm is efficient to reconstruct in 2D and 3D one or several tumor inclusions having different shapes. The quality of the reconstructed images was examined according to several parameters: the number of frequencies, the crosstalk, the contrast and the noise levels

La striction diffuse et localisée sont des phénomènes précurseurs à la rupture ductile et représentent l'une des principales causes de rebut des pièces métalliques au cours de leur mise en forme. La mise en œuvre d'outils théoriques et numériques capables de prédire l'apparition de ces défauts s'avère nécessaire pour des raisons économiques et environnementales. Ces outils nécessitent en partie l'intégration d'un modèle de comportement adéquat permettant de reproduire les phénomènes physiques mis en jeu. Un tel modèle de comportement est ensuite couplé à un indicateur d'instabilité plastique offrant la possibilité de prédire de manière fiable les phénomènes de striction diffuse et localisée. Dans ce travail de thèse, nous avons considéré certains modèles d'endommagement micromécaniques basés sur l'approche de Gurson, et qui ont été couplés à différents critères d'instabilités plastiques reposant sur l'Analyse de Bifurcation. L'implantation numérique des modèles retenus a été réalisée dans le code de calcul par éléments finis Abaqus/Standard. En ce qui concerne les modèles d'endommagement, plusieurs schémas d'intégrations ont été testés afin d'analyser leur performance et leur robustesse lorsque le comportement présente un effet adoucissant. L'approche combinant le modèle de comportement et les critères de striction a été utilisée pour prédire les limites de formabilité en striction diffuse et localisée de plusieurs matériaux métalliques. Les résultats obtenus ont permis de dresser une hiérarchisation théorique et numérique des critères de striction utilisés. / Diffuse and localized necking are precursors to ductile fracture, and represent one of the main causes of metal parts rejection during forming operations. The implementation of theoretical and computational tools to predict the occurrence of these defects turns out to be necessary for economic and environmental reasons. These tools require in part the introduction of an appropriate behavior model in order to reproduce the physical phenomena involved during forming operations. Such a behavior model is then coupled to a plastic instability indicator providing the ability to reliably predict diffuse and localized necking. In the present work, we considered a micromechanical damage models based on Gurson's approach, which were coupled to different plastic instabilities criteria, based on Bifurcation Analysis. The numerical implementation of these models was carried within the implicit finite element code Abaqus/Standard. With regard to the damage models, several integration schemes were tested to analyze their performance and robustness when the behavior exhibits softening effect. The approach combining the Gurson's damage model and necking criteria has been applied for the prediction of formability limits of several metallic materials. The obtained results allowed establishing a theoretical and numerical classification between the necking criteria used in this work.

L'objectif général de cette thèse est axé sur l’amélioration de modèles agro-hydrologique spatialement distribués pour l’analyse d'agro-hydrosystèmes, sous contrainte de changements climatiques et anthropiques. Cette thèse est structurée autour de trois questions de recherche liées à : i) la représentation de la dynamique spatio-temporelle des systèmes de cultures pour leur utilisation en entrée de modèles agro-hydrologiques distribués ; ii) la représentation du niveau exploitation agricole et des décisions des agriculteurs dans les modèles agro-hydrologiques distribués ; iii) la capacité de ces modèles à simuler des changements climatiques et anthropiquesDes éléments de réponse à ces questions sont apportés par des approches de modélisation réalisées dans différents contextes et à différentes échelles d’espace et de temps. Ces différentes approches sont discutées en les comparant notamment avec d’autres travaux réalisés. Ces différentes études soulèvent la nécessité de développer des méthodologies permettant i) d’une part l’acquisition de données et leur intégration dans les modèles agro-hydrologiques distribués ii) et d’autre part l’amélioration de l’exploitation des simulations, notamment pour les transformer en informations pertinentes et accessibles pour les parties prenantes au niveau d’un territoire. Des perspectives, portant à la fois sur la prise en compte des incertitudes des simulations des modèles agro-hydrologiques et l’analyse de la robustesse de ces modèles, sont également considérées. / The general objective of this thesis is to improve spatially distributed agro-hydrological models for agro-hydrosystems analysis, under climatic and anthropogenic changes, in order to contribute to the identification of levers of action to mitigate effects of non-point source agricultural pollution. This thesis is structured around three research questions related to: i) the representation of spatio-temporal dynamics of cropping systems for their use as input in distributed agro-hydrological models; ii) the representation of farm level and decisions of farmers in distributed agro-hydrological models; and iii) the ability of these models to simulate climate and anthropogenic changes.Elements of response to these questions are provided by modeling approaches carried out in different contexts and at different scales of space and time. These approaches are discussed by comparing them with other works carried out. These different studies raise the need to develop methodologies allowing (i) the acquisition of data and their integration in distributed agro-hydrological models (ii) and, the improvement of the use of simulations results, in particular to transform them into relevant and accessible information for stakeholders at territorial level. Perspectives, covering both uncertainties of the simulations of the agro-hydrological models and the analysis of the robustness of these models, are also considered

L’approximation par harmoniques sphériques (SPN) simplifiées de l’équation de transfert radiatif a été proposée comme un modèle fiable de propagation de la lumière dans les tissus biologiques. Cependant, peu de solutions analytiques ont été trouvées pour ce modèle. De telles solutions analytiques sont d’une grande valeur pour valider les solutions numériques des équations SPN, auxquelles il faut recourir dans le cas de tissus avec des géométries courbes complexes. Dans la première partie de cette thèse, des solutions analytiques pour deux géométries courbes sont présentées pour la première fois, à savoir pour la sphère et pour le cylindre. Pour les deux solutions, les conditions aux frontières générales tenant compte du saut d’indice de réfraction à l’interface du tissus et de son milieu environnant, telles qu’applicables à l’optique biomédicale, sont utilisées. Ces solutions sont validées à l’aide de simulations Monte Carlo basées sur un maillage de discrétisation du milieu. Ainsi, ces solutions permettent de valider rapidement un code numérique, par exemple utilisant les différences finies ou les éléments finis, sans nécessiter de longues simulations Monte Carlo. Dans la deuxième partie de cette thèse, la reconstruction itérative pour l’imagerie par tomographie optique diffuse par fluorescence est proposée sur la base d’une fonction objective et de son terme de régularisation de type Lq-Lp. Pour résoudre le problème inverse d’imagerie, la discrétisation du modèle de propagation de la lumière est effectuée en utilisant la méthode des différences finies. La reconstruction est effectuée sur un modèle de souris numérique en utilisant un maillage multi-échelle. Le problème inverse est résolu itérativement en utilisant une méthode d’optimisation. Pour cela, le gradient de la fonction de coût par rapport à la carte de concentration de l’agent fluorescent est nécessaire. Ce gradient est calculé à l’aide d’une méthode adjointe. Des mesures quantitatives utilisées en l’imagerie médicale sont utilisées pour évaluer la performance de l’approche de reconstruction dans différentes conditions. L’approche Lq-Lp montre des performances quantifiées élevées par rapport aux algorithmes traditionnels basés sur des fonction coût de type somme de carrés de différences. / Abstract : The simplified spherical harmonics (SPN) approximation to the radiative transfer equation has been proposed as a reliable model of light propagation in biological tissues. However, few analytical solutions have been found for this model. Such analytical solutions are of great value to validate numerical solutions of the SPN equations, which must be resorted to when dealing with media with complex curved geometries. In the first part of this thesis, analytical solutions for two curved geometries are presented for the first time, namely for the sphere and for the cylinder. For both solutions, the general refractiveindex mismatch boundary conditions, as applicable in biomedical optics, are resorted to. These solutions are validated using mesh-based Monte Carlo simulations. So validated, these solutions allow in turn to rapidly validate numerical code, based for example on finite differences or on finite elements, without requiring lengthy Monte Carlo simulations. provide reliable tool for validating numerical simulations. In the second part, iterative reconstruction for fluorescence diffuse optical tomography imaging is proposed based on an Lq-Lp framework for formulating an objective function and its regularization term. To solve the imaging inverse problem, the discretization of the light propagation model is performed using the finite difference method. The framework is used along with a multigrid mesh on a digital mouse model. The inverse problem is solved iteratively using an optimization method. For this, the gradient of the cost function with respect to the fluorescent agent’s concentration map is necessary. This is calculated using an adjoint method. Quantitative metrics resorted to in medical imaging are used to evaluate the performance of the framework under different conditions. The results obtained support this new approach based on an Lq-Lp formulation of cost functions in order to solve the inverse fluorescence problem with high quantified performance.

La connaissance des principales sources diffuses de sédiments permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources publiques investies dans les stratégies de gestion des sols. Les méthodes de traçage (fingerprinting) conventionnelles basées sur la composition géochimique sont laborieuses et nécessitent une préparation importante des échantillons. Cette étude visait à rechercher les sources de sédiments dans des bassins versants agricoles du Rio Grande do Sul (sud du Brésil) et d'évaluer l'utilisation des outils spectroscopiques comme technique alternative. La superficie des bassins versants étudiés est comprise entre 0,80 et 2027 km². Les sources de sédiments correspondent aux terres cultivées, aux prairies, aux chemins agricoles et aux berges des cours d'eau. L'échantillonnage des sédiments est basé sur des préleveurs automatiques pour un suivi temporel, des prélèvements de sédiments fins du lit de la rivière, et lors d'événements de pluvieux. La concentration totale des traceurs géochimiques a été mesurée dans les échantillons de sédiments et de sols. Les mesures spectrales ont été faites dans la gamme ultraviolet-visible, proche infrarouge et infrarouge moyen pour le bassin versant d'Arvorezinha. Les deux méthodes, classiques et spectroscopiques, permettent de discriminer et de fournir la contribution des sources de sédiments. L'information spectrale peut être aussi précise que les traceurs géochimiques. En outre, la combinaison de paramètres de couleur dérivés du spectre dans le visible avec traceurs géochimiques était une façon rapide et peu coûteuse pour améliorer la discrimination entre les sources et la précision des prédictions. La contribution des sources de sédiments démontrent que d'autres facteurs que proportion de l'utilisation des terres, comme la distribution de terres agricoles, les forêts et les chemins agricoles dans le paysage, jouent un rôle important dans la production de sédiments. Forêt riparienne semble être un facteur clé de l'érosion des berges des cours d'eau. L'érosion due aux chemins agricoles semble être fortement liée échelle d'observation et dépend du nombre de points ou les routes traversent le réseau hydrographique. Les terres cultivées, même lorsque cultivées sans labour (semis direct), sont encore la principale source de sédiments dans les bassins versants agricoles dans le sud du Brésil. La quantité de sédiment produite par les terres cultivées et par unité de surface qui atteint efficacement le réseau de drainage variait de 0,06 à 3,95 tonnes ha-1 an-1. Ces variations sont partiellement liées au relief et à la pente, mais elles sont essentiellement influencées par l'utilisation des terres et la gestion des sols. La quantité de sédiments provenant des terres cultivées est encore trop élevée pour des zones de faible érosivité et cultivées sans labour du sol, comme le bassin versant de Conceição (1, tonnes ha-1 an-1). Ceci, indique que des efforts supplémentaires sont encore nécessaires pour réduire l'érosion du sol. Par conséquent, il est urgent de mieux planifier l'utilisation et l'occupation des terres dans ces bassins versants, dans la mesure où les systèmes de gestion des sols utilisés par les agriculteurs sont encore inefficaces pour réduire le ruissellement et l'érosion dans les zones cultivées dans le sud du Brésil. / The knowledge of the main diffuse sources of sediment production can enhance efficiency in the use of public resources invested in management strategies that seek to mitigate sediment transfer. Conventional fingerprinting methods based on geochemical composition are timeconsuming and require critical preliminary sample preparation. In this sense, spectroscopic methods can be less labor-intensive, cheap, and viable alternative for this purpose. The present study aimed to evaluate the sediment sources in agricultural catchments from Rio Grande do Sul State, Brazil, and to evaluate the potential use of spectroscopy measurements as a low cost and easy alternative to fingerprinting sediment sources. The total area of the study includes five catchments as Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição, and Guaporé with areas of 1.19, 0.80, 1.43, 804.3, and 2,027.2 km², respectively. Sediment sources evaluated were crop fields, grasslands, unpaved roads, and stream channels. Sediment sampling strategy included time-integrated samplers, fine-bed sediments, and storm-event sediments. The total concentrations of several geochemical tracers were estimated in sediment and source samples. Spectral measurements were made for ultraviolet-visible, near-infrared, and mid-infrared ranges only for the Arvorezinha catchment. Source ascriptions obtained by alternative methods based on spectroscopy analysis were in agreement with ascriptions from classical fingerprinting method based on geochemical composition. Spectral information can be as precise as the geochemical tracers. Besides, combining visible-based-colour to geochemical tracers was a rapid and inexpensive way to enhance discrimination between source types and to improve precision of sediment sources apportionment. Findings of sediment source apportionment demonstrate that other factors than proportion of land use, such as distribution of croplands, forests, and unpaved roads in the landscape; play an important role in sediment production. Riparian forests seems to be a key factor for stream channel erosion. Unpaved roads seems to be strongly scale-related and dependent upon the number of points were roads across directly the stream network. The crop fields, even when cultivated with no-tillage, are still the main source of sediment in agricultural catchments in southern Brazil. The amount of sediment yielded from crop fields per unit of area that actually reaches the stream outlet ranged from 0.06 to 3.95 ton ha-1 yr-1. These variations are attributed partly to the relief and slope, but land use and soil management mostly influences them. The amount of sediment originated from crop fields are still too high for low susceptible areas with no-till, as Conceição catchment (1.30 ton ha-1 yr-1), indicating that further efforts are still necessary to further reduce soil erosion. Therefore, there is an urgent need to better plan land use and occupation in these catchments, inasmuch as the soil management systems used by farmers are still inefficient to reduce runoff and erosion in areas with crops in southern Brazil. / O conhecimento das principais fontes difusas de sedimentos pode aumentar a eficiência de utilização dos recursos investidos em estratégias de gestão que visem mitigar a transferência de sedimentos aos cursos d'água. Métodos convencionais baseados na composição geoquímica ainda tem alto custo, são onerosos e demandam preparação preliminar crítica das amostras. Dessa forma, métodos espectroscópicos podem ser uma alternativa menos trabalhosa, mais rápida e viável para esse propósito. Objetivou-se com o presente trabalho avaliar a contribuição das fontes de sedimentos em bacias hidrográficas agrícolas do estado do Rio Grande do Sul, e avaliar o potencial uso da espectroscopia como uma alternativa para traçar a origem dos sedimentos. As áreas de estudo são representativas dos principais impactos da agricultura nos recursos hídricos no estado. A área total das bacias hidrográficas de Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição e Guaporé é de 1,19, 0,80, 1,43, 804,3 e 2.031 km², respectivamente. As fontes de sedimento avaliadas foram lavouras, pastagens, estradas e canais da rede de drenagem. A estratégia de amostragem de sedimentos incluiu coleta com amostradores do tipo integrador no tempo, sedimento de fundo e sedimento coletado durante eventos pluviométricos. A concentração de vários traçadores geoquímicos foram estimados nas amostras de sedimento e das fontes. Análises espectroscópicas foram realizadas na região do ultravioleta-visível, infravermelho próximo e infravermelho médio na bacia hidrográfica de Arvorezinha. A contribuição das fontes estimadas pelos métodos espectroscópicos foram similares às obtidas com traçadores geoquímicos. Além disso, a combinação de parâmetros de cor derivados da faixa espectral do visível pode ser uma alternativa rápida e de baixo custo para melhorar a discriminação das fontes e aumentar a precisão das predições. Os resultados demonstram que outros fatores além da proporção do uso do solo são importantes na produção do sedimento, como a distribuição das lavouras, florestas e estradas na paisagem. As florestas ripárias exercem um fator chave na erosão dos canais de drenagem. As estradas parecem ser fortemente dependentes da escala e do número de pontos em que cruzam os canais de drenagem. As lavouras, mesmo cultivadas sob plantio direto, ainda são as principais fontes de sedimentos nas bacias hidrográficas rurais do sul do Brasil. A quantidade de sedimento produzida nas lavouras que atinge a rede fluvial variou de 0.06 a 3.95 ton ha-1 ano-1. Essa variação é devida em parte às condições naturais intrínsecas de relevo e fortemente influenciada pelo uso e manejo do solo. A quantidade de sedimento erodida das lavouras ainda são muito elevadas para áreas de baixa susceptibilidade à erosão manejadas sob plantio direto, como na bacia hidrográfica do Conceição (1.30 ton ha-1 ano-1), indicando que maiores esforços ainda são necessários para reduzir a erosão do solo. Existe uma necessidade urgente de planejar a utilização e ocupação da terra nessas bacias, uma vez que os sistemas de manejo do solo utilizados pelos agricultores ainda são ineficientes para reduzir a erosão nas lavouras no sul do Brasil.

L'objectif de cette thèse concerne l'association de deux techniques de mesure dans le cadre de la caractérisation in vivo de la peau. La première, nommée Spectroscopie de Réflectance Diffuse (DRS), permet la caractérisation des paramètres optiques de la peau analysée et quantifie les phénomènes d'absorption et de diffusion de la lumière. La deuxième est la microspectroscopie Raman. Elle fournit une identification chimique des composés analysés sans marquage. L'objet de cette thèse est d'évaluer l'effet de l'interaction lumière-matière sur les capacités de localisation et de quantification de la microspectroscopie Raman, lesquelles sont dégradées dans un milieu diffusant tel que la peau. Une approche in vivo bimodale (DRS et Raman) est proposée pour la caractérisation biochimique quantitative des tissus cutanés avec l'idée d'établir un protocole de correction des spectres Raman acquis, en exploitant les propriétés optiques fournies par la DRS. Elle est décomposée en trois axes de travail complémentaires : le développement d'une instrumentation DRS permettant la mesure des spectres de réflectance diffuse et le calcul des propriétés optiques dans la zone sondée par la spectroscopie Raman ; le développement de fantômes optiques permettant une compréhension expérimentale des phénomènes d'absorption, de diffusion élastique et de diffusion Raman; le développement d'un protocole de correction des spectres Raman à partir des propriétés optiques obtenues par DRS. / This thesis relates to the combination of two in vivo skin characterization techniques. On the one hand, Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) enables skin optical properties characterization by quantifying light absorption and light elastic scattering. On the other hand, Raman microspectroscopy provides information on molecular compositions of tissues with no need of labeling. Localization and quantification functions of Raman microspectroscopy are both distorted in scattering media such as skin. Therefore, the aim of this thesis was to assess the effect of light-matter interactions on these functions. A bimodal method is proposed to achieve quantitative biochemical characterization of cutaneous tissues in vivo. The main idea is to develop a procedure of Raman spectra correction based on the quantified optical properties provided by DRS. This work was divided in three complementary approaches: the development of a system enabling diffuse reflectance and optical properties measurements in the same zone as Raman microspectroscopy; the fabrication of optical phantoms improving our knowledge on absorption, elastic scattering and Raman scattering phenomena; and the development of a Raman spectra correction model as function of the skin optical properties given by DRS measurements.

L’acier à double phase (DP) a été développé par l'industrie automobile pour le but de réduire le poids, l'amélioration de la performance de la sécurité et l'efficacité énergétique. Habituellement, l'acier DP contient des îlots de martensite dure noyée dans une matrice de ferrite doux. La synergie entre ces deux phases avec la microstructure inhomogène présente d'excellentes propriétés mécaniques. Les propriétés mécaniques (comportements de plasticité et de dégâts) d'acier DP sont principalement dérivés de sa microstructure, par exemple, la fraction de volume, la taille, la distribution et la morphologie de chaque phase constituante. Les approches micromécaniques sont largement appliquées pour prédire la plasticité et d'autres propriétés mécaniques de l'acier DP selon divers scénarios de chargement. Dans ce travail, la modélisation micromécanique de l'acier DP a été réalisée en utilisant des microstructures réelles ou artificielles. Une véritable microstructure est obtenue à partir de l'image métallographique, tandis qu'un générateur de microstructure artificielle à l'aide d'un algorithme d'affectation de phase améliorée basée sur l'optimisation de la topologie matériau est proposé d'étudier les propriétés mécaniques. Dans ce générateur artificiel, un processus d'affectation de phase est réalisé sur une mosaïque de Voronoï modifié pour obtenir une mesure représentative de l'élément de volume (VER) avec une bonne convergence. La méthode proposée comprend également une réduction appropriée décomposition orthogonale (POD) des courbes de débit (instantanés), qui sont calculés en utilisant le schéma asymptotique homogénéisation d'extension (AEH), pour identifier le contrôle des paramètres optimaux pour l'acier DP. Cette méthode numérique est vérifiée en utilisant DP590 et DP980 aciers qui indiquent un bon accord avec la contrainte d'écoulement à partir de mesures et prédiction de RVE basés sur de vraies microstructures. Les prédictions des modèles de déformation plastique, y compris des bandes de cisaillement en utilisant la microstructure artificielle ressemblent étroitement le comportement mécanique réel dans des conditions de chargement similaires. En outre, une interpolation a été adoptée pour obtenir une corrélation entre ces paramètres de contrôles basés sur l'identification des différents aciers DP. En outre, un modèle de substitution bi-niveau réduit est élaboré et présenté pour identifier les paramètres matériels du critère de rupture de Mohr-Coulomb (MMC). En utilisant cette méthode, le processus d'identification devient possible avec un nombre limité de tests Expérimentaux. La méthode combine des éléments critiques locaux associés à des modèles globaux. Le modèle de substitution de la souche de fracture construit en utilisant l'approximation diffuse et les éléments locaux, réduit le coût de calcul pour la recherche des paramètres matériels. Des simulations de fracturation sont effectuées globales pour mettre à jour la déformation à la rupture de la cible et pour calculer le déplacement de l'apparition de la panne correspondante. Des résultats probants sont obtenus par application successive de la conception de l'expérience (DOE) et l'amélioration des algorithmes de transformation de l'espace de conception. Le protocole d'identification proposée est validé avec de l'acier DP590. Robustesse de la méthode est confirmée par des valeurs initiales différentes. Ces investigations numériques fournissent nouvelle direction pour les simulations multi-échelles de la plasticité et de dégâts des comportements d'acier DP. De plus, ils contribuent efficacement à combler le fossé entre la recherche scientifique et à l'application de l'ingénierie des matériaux hétérogènes. / Dual-phase (DP) steel has been developed by automotive industry for the purpose of weight reduction, improvement in safety performance and fuel efficiency. Usually, DP steel contains hard martensite islands embedded in a soft ferrite matrix. Synergy between these two phases with the inhomogeneous microstructure exhibits excellent mechanical properties. The mechanical properties (plasticity and damage behaviors) of DP steel are mostly derived from its microstructure, e.g., volume fraction, size, distribution and morphology of each constituent phase. Micromechanical approaches are vastly applied to predict plasticity and other mechanical properties of DP steel under various loading scenarios. In this work, micromechanical modelling of DP steel has been performed using real or artificial microstructures. A real microstructure is obtained from metallographic image, while an artificial microstructure generator with an enhanced phase assignment algorithm based on material topology optimization is proposed to investigate the mechanical properties. In this artificial generator, phase assignment process is performed on a modified Voronoï tessellation to achieve the tailored representative volume element (RVE) with a good convergence. The proposed method also includes a proper orthogonal decomposition (POD) reduction of flow curves (snapshots), which are computed using the asymptotic extension homogenization (AEH) scheme, to identify the optimal controlling parameters for DP steel. This numerical method is verified using DP590 and DP980 steels that indicate a good agreement with the flow stress from measurements and RVE prediction based on real microstructures. Predictions of plastic strain patterns including shear bands using the artificial microstructure closely resemble the actual mechanical behavior under similar loading conditions. Moreover, an interpolation has been adopted to obtain a correlation between these controlling parameters based on the identification for various DP steels. Additionally, a bi-level reduced surrogate model is developed and presented to identify the material parameters of the Mohr-Coulomb (MMC) fracture criterion. Using this method, the identification process becomes feasible with a limited number of experimental tests. The method combines local critical elements associated with global models. The surrogate model of fracture strain constructed using the diffuse approximation and the local elements, reduced the computational cost for searching material parameters. Global fracture simulations are performed to update the target fracture strain and to compute the corresponding failure onset displacement. Convincing results are obtained via successive application of design of experiment (DOE) and enhanced design space transformation algorithms. The proposed identification protocol is validated with DP590 steel. Robustness of the method is confirmed with different initial values. These numerical investigations provide new direction for multiscale simulations of the plasticity and damage behaviors of DP steel. Moreover, they efficiently contribute to bridge the gap between scientific research and engineering application of heterogeneous materials.

Schädel-Hirn-Traumata sind die häufigste Ursache von Tod und Behinderung bei jungen Erwachsenen und oftmals ein Grund für Erwerbsunfähigkeit. Deshalb sind das Verständnis der zugrundeliegenden Pathomechanismen und die Entwicklung von Rehabilitationsstrategien von höchster Wichtigkeit. Einer der Hauptschädigungsmechanismen sind diffuse axonale Schädigungen. Diese treten insbesondere in frontalen Hirnregionen auf und führen entsprechend zu einer Beeinträchtigung exekutiver Funktionen und Veränderungen im Verhalten noch Jahre nach dem Ereignis. Unsere Studie mit Patienten im chronischen Stadium zielte auf eine genauere Charakterisierung frontaler Funktionen nach Schädel-Hirn-Trauma. In einem ersten behavioralen Experiment setzten wir zwei Paradigmen ein, die einerseits mit dem frontolateralen (Stroop-Interferenz-Aufgabe) und andererseits mit dem frontomedianen Kortex (Aufgabe zur Unterdrückung von Handlungsimitation) assoziiert sind (Schroeter et al., 2007). Die Patienten waren spezifisch in der Aufgabe zur Unterdrückung von Handlungsimitation als Hinweis auf eine Alteration des anterioren frontomedianen Kortex beeinträchtigt. Die Defizite waren hierbei eng mit Veränderungen des Verhaltens und der posttraumatischen Amnesie, die das Outcome nach Schädel-Hirn-Trauma vorhersagt, verbunden. In einem zweiten fMRT-Experiment überprüften wir die Hypothese einer frontomedianen Dysfunktion mittels eines Paradigmas, das spezifisch frontomediane Strukturen beansprucht. Hierbei wurden evaluative Urteile mit semantischen Gedächtnisinhalten kontrastiert („Angela Merkel ist eine gute Bundeskanzlerin“ vs. „Angela Merkel ist Bundeskanzlerin“). Die Ergebnisse bestätigen, dass Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma durch persistierende frontomediane Beeinträchtigungen charakterisiert sind. Unsere Ergebnisse stimmen gut mit der Literatur überein, welche Defizite bei der „Theory of Mind“ und sozialen Kognition, die ebenfalls wesentlich mit dem frontomedianen Kortex verbunden sind, berichtet. Die Studie trägt zum Verständnis der Pathomechanismen nach Schädel-Hirn-Trauma bei. Frontomediane Alterationen scheinen wesentlich für die Langzeitfolgen verantwortlich zu sein. Deshalb sollten frontomediane Funktionen in der Diagnostik, insbesondere zur Einschätzung der Prognose, und der Rehabilitation eine stärkere Beachtung finden.

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L’objectif de ce projet de recherche est de développer une technologie d’agents mobiles pour systèmes embarqués. Dans un premier temps, une plateforme d’agents mobiles pour systèmes embarqués homogènes est réalisée et, ensuite dans un deuxième temps, une application d’informatique diffuse qui exploite la mobilité du contexte d’exécution est mise en œuvre pour valider cette plateforme. La mobilité d’un agent est définie comme suit: son exécution est interrompue sur le nœud courant, appelé nœud source, ensuite les données représentant l’état de l’agent sont transférées du nœud source vers un nœud destination et enfin, arrivé au nœud destination, son exécution se poursuit là où elle avait été interrompue sur le nœud de départ. Cette opération, appelée migration du contexte d’exécution, est intégrée aux fonctionnalités d’un noyau temps réel, permettant ainsi la mobilité d’agents logiciels au sein d’une grappe de systèmes embarqués homogènes. Les applications visées par le projet relèvent du domaine de l’informatique diffuse et plus particulièrement de son application à l’espace intelligent.