Au cours des dernières décennies, les retours d'expérience de tunnels ont mis en évidence de nombreux dommages causés par le phénomène de gonflement. Ce phénomène, qui concerne des formations variées très répandues dans les ères géologiques (terrains argileux ou anhydrite), est susceptible d'affecter un certain nombre de tunnels futurs. Cette thèse envisage de mettre au point une méthodologie de calcul des revêtements de tunnels en terrain gonflant.<br /><br />En s'inspirant des retours d'expérience et des méthodes existantes, une loi de comportement élastoplastique a été établie pour simuler le développement de gonflement apparaissant dans le massif du fait d'un changement d'état de contraintes et d'une arrivée d'eau. La loi de gonflement supposée élastique et tridimensionnelle relie le logarithme de la contrainte à la déformation, en tenant compte d'une éventuelle anisotropie de gonflement associée à la stratification du terrain.<br /><br />Après avoir été implanté dans le code par éléments finis CESAR-LCPC, ce modèle de gonflement a été validé à deux niveaux : d'une part, sur un échantillon de matériau gonflant soumis à un essai de gonflement et, d'autre part, sur un ouvrage instrumenté directement concerné par le phénomène de gonflement.<br />Des essais de gonflement spécifiques permettent d'identifier les différents paramètres de gonflement. Les tentatives de calage de la loi de gonflement ont donné des résultats satisfaisants sur plusieurs matériaux gonflants différents.<br />La modélisation numérique du tube Nord du tunnel de Chamoise pour lequel les mesures in situ ont mis en évidence le développement du gonflement des marnes sous le radier, a montré une meilleure concordance du modèle de gonflement avec les mesures in situ que les calculs classiques ; en particulier, on a pu retrouver une asymétrie marquée du comportement du radier et obtenir des déplacements dans le massif plus proches de la réalité.

Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en oeuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. Différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

Les procédés de soudage conduisent à des modifications de microstructure et induisent des contraintes et distorsions résiduelles jouant un rôle important sur la tenue mécanique des assemblages. Cette étude a pour objectif la modélisation des phénomènes thermomécaniques liés à l'opération de soudage du TA6V, ce qui implique d'identifier et de modéliser les sollicitations thermiques imposées par le soudage, le comportement métallurgique et thermomécanique du matériau. L'étude thermique et métallurgique a permis de montrer les principales évolutions de phases de l'alliage, durant le soudage laser. Ainsi, en première approximation, nous pouvons considérer que 3 phases distinctes sont à prendre en compte dans le calcul thermomécanique (la phase a, la phase ß et la phase a'). Afin de caractériser les phases ou mélange de phase en présence, des essais thermomécaniques sont réalisés pour diverses températures et conditions de déformation. Concernant le choix du modèle numérique, on adopte pour chacune des phases un modèle à variables internes de type Lemaître et Chaboche avec écrouissage cinématique non linéaire, un critère de plasticité de type Von Mises et une loi d'écoulement viscoplastique de type Norton, couplé à une loi de transition d'échelle. L'identification de chaque phase se fait par méthode inverse, à partir des essais thermomécaniques, grâce au module d'optimisation de ZSeT/ZMaT. La loi de localisation choisie est basée sur un modèle polycristallin en ß qui permet le passage du comportement microscopique de chaque phase au comportement macroscopique de l'ensemble. La validité de ce modèle décrit précédemment passera par la définition d'un essai expérimental représentatif des différents phénomènes rencontrés lors de l'opération de soudage.

Dans cette thèse nous nous interrogeons sur les conséquences d'une approche volontariste de décentralisation de la gestion de périmètres irrigués en Tunisie sur le comportement coopératif des agriculteurs. Nous examinons l'effet de l'adhésion volontaire comme mécanisme incitatif dans la provision d'un bien collectif. Pour cela, nous comparons la provision d'un bien public avec seuil de fourniture à celle d'un bien club. Notre expérimentation a été conduite en laboratoire et sur le terrain. L'expérience montre que la présence d'adhésion volontaire augmente la contribution du groupe, le succès de provision et le bien être. Elle augmente aussi le nombre de contributeurs dans le groupe. Une explication possible de nos résultats peut être la réduction de l'incertitude stratégique. Notre expérience révèle également que lorsque la dimension risque dans le jeu est neutralisé, l'adhésion volontaire n'améliore plus la contribution du groupe. L'adhésion volontaire fait alors seulement baisser la variance. L'étude de la validité externe des résultats obtenus en laboratoire montre qu'il n'existe pas de différences importantes en fonction de l'origine des sujets. Le comportement coopératif des étudiants tunisiens est similaire au comportement des sujets d'origine montpelliéraine. Seule, la variance de contribution du groupe baisse. Cependant, l'expérience de terrain avec les agriculteurs montre que l'adhésion volontaire n'améliore pas le comportement coopératif autant que dans le laboratoire. Le succès de provision et le bien être s'améliorent seulement dans un group d'agriculteurs sur trois. L'expérience de terrain montre néanmoins que l'adhésion volontaire augmente le nombre des contributeurs et révèle un niveau de coopération élevé qui se maintient dans le temps.

La cognition se réfère aux mécanismes par lequel l'animal perçoit, apprend, mémorise et agit selon les informations auquel il est confronte dans son environnement. Les animaux on chacun leur propre monde sensoriel et il est primordial qu'ils s'y adaptent en développant des compétences spécialisées en fonction des informations sensorielles qui lui sont le plus utile. Il en est de même des informations qu'il est utile de stocker afin de pouvoir les utiliser ultérieurement. Les mécanismes sous-jacents à ces processus d'adaptation comportementale sont lies à la plasticité du système. Comment cette plasticité permet la mise en place de modules adaptatif reste actuellement une question sans complète explication. Le thème de cette thèse porte sur la plasticité et la modularité des capacités d'apprentissage et de mémoire olfactive chez Drosophila melanogaster. Dans la nature, la drosophile est confrontée à des environnements sensoriels complexes comprenant plusieurs stimuli sensoriels qu'elle doit associées à des renforcements négatifs ou positifs selon les conditions. En laboratoire il est possible de reproduire ce genre d'événement et j'ai ainsi pu tester le niveau d'adaptation des drosophiles à différent niveaux de traitement de l'information. Je démontre dans ce manuscrit que l'adaptation se produit à différents niveaux que ce soit la perception de l'information, les mécanismes de stockage des informations pertinentes et aussi la mise a jour de mémoires qui ne sont plus utiles. Ces processus ont révèle l'existence de modules cognitifs plus ou moins spécialisés qui permettent a l'animal de s'adapter spécifiquement a son milieu. De plus, la réalisation d'une sélection artificielle sur les compétences à stocker les informations révèle l'implication de l'évolution dans la mise en place de ces modules.

Dans ce travail de thèse j'aborde d'un point de vue expérimental le rôle de l'hétérogénéité environnementale (spatiale et temporelle) comme moteur de diversification biologique. Il comporte une synthèse générale sur les principales thématiques abordées pendant ma thèse suivie d'une présentation des publications dérivées de mes propres recherches et de collaborations. Dans la synthèse je commence par présenter la biodiversité, je souligne l'importance d'étudier les conditions qui favorisent son émergence et son maintien pour mieux comprendre son organisation. Je présente le type de diversité biologique sur lequel se concentre mon travail ainsi que l'échelle d'organisation que j'ai considérée: la metacommunauté. J'évoque aussi l'intérêt croissant des écologistes pour prendre en considération les échelles évolutives dans les approches modernes des communautés. Plus loin, je présente l'évolution expérimentale comme l'outil qui m'a permis d'explorer les aspects écologiques et évolutifs du maintien et de l'émergence de la diversité en milieu hétérogène avant d'explorer certains de ces aspects théoriques. Pour finir, j'explore la relation diversité-fonctionnement comme une approche pour étudier les conséquences de l'actuel déclin de la biodiversité. Les trois premiers articles explorent différents aspects de la diversification de la bactérie Pseudomonas fluorescens SBW25 dans un environnement spatialement hétérogène (métacommunauté) après ~500 générations d'évolution. Les résultats des trois articles sont issus d'une même expérience d'évolution. Dans un premier article, j'ai exploré l'effet du niveau de dispersion sur la diversité régionale. Cette dernière s'est révélée maximale pour des niveaux de dispersion intermédiaires. Ce gradient de diversité à l'échelle régionale était lié avec une plus forte productivité résultant d'une meilleure complémentarité écologique. Dans le deuxième, j'ai mesuré la diversité à l'échelle locale (communautés) et j'ai montré une augmentation de la diversité pour des niveaux de dispersion intermédiaires (mass-effect) mais qui n'aboutit pas à une plus forte productivité. Cet article souligne l'importance de considérer l'échelle ainsi que les mécanismes de coexistence pour comprendre la relation entre diversité et fonctionnement des écosystèmes. Dans le troisième (en préparation) j'explore l'effet de la dispersion sur le patron d'adaptation locale. Les résultats préliminaires montrent qu'un patron d'adaptation locale n'est pas un résultat obligé de l'évolution en milieu spatialement hétérogène. Le niveau de dispersion semble modifier considérablement le patron d'adaptation avec une plus forte adaptation locale moyenne pour des niveaux de dispersion intermédiaire. Le quatrième article présente une nouvelle expérience d'évolution avec laquelle j'ai exploré le rôle du grain environnemental dans l'émergence et le maintien de la diversité dans un environnement temporellement fluctuant. Après ~300 générations d'évolution j'ai constaté que les traitements de grain intermédiaire présentaient la plus haute diversité. En temps que collaborateur j'ai également participé à la rédaction d'un article de revue sur le concept de spécialisation en écologie. Cet article inclut une synthèse des différentes définitions de ce concept ainsi que des méthodes pour la mesurer. Pour finir j'ai participé à la réalisation d'une expérience avec des bactéries marines Méditerranéennes visant à explorer la dynamique évolutive de la relation biodiversité-fonction dans des conditions favorisant soit la spécialisation écologique soit l'émergence de généralistes. Après 64 jours d'évolution, le résultat général est une relation positive entre productivité et richesse spécifique des assemblages. L'évolution de généralistes aboutit à une productivité moyenne plus forte que chez les spécialistes alors que la pente de la relation diversité –fonction est plus forte pour des spécialistes. / In this work I propose an experimental approach to the study of the impact of spatial and temporal environmental heterogeneity on biological diversification. It is composed of two main parts: first, a general review of the principal subjects I have explored during my thesis and then a presentation of the manuscripts from my own research and from different collaboration projects. In the synthesis I first present what is biological diversity (Biodiversity) and I underline the importance of considering the conditions to its emergence and maintenance in the understanding of its organization. I present the kind of diversity I'm interested in and the scale of organization I have considered: metacommunities. I also present the interest of current ecology research in including evolutionary processes on the modern concept of communities. Then, I present experimental evolution as a tool allowing the exploration of the ecological and evolutionary aspects of the maintenance and emergence of diversity in heterogeneous environments and I also present some of its theoretical aspects. Finally, I explore the biodiversity-ecosystem functioning relationship as a way to explore the consequences of diversity erosion. The first three manuscripts explore different aspects of a ~500 generation experiment of diversification of the bacteria Pseudomonnnas fluorescens SBW25 in a spatially heterogeneous environment (metacommunities). On the first manuscript, I have explored the effect of dispersal on regional diversity. The results show that diversity was maximal for intermediate dispersal levels. This gradient of diversity at the regional scale was positively related to a higher productivity as a result of higher ecological complementarity among genotypes. In a second article, I have measured the local diversity. The result was a higher increase in diversity at intermediate dispersal levels (mass-effect) but with no impact on productivity. This article underlines the importance of considering the mechanisms of coexistence when studying the diversity-ecosystem functioning relationship. Then, I present the preliminary results on the impact of dispersal on the pattern of local adaptation. The results show that a pattern of local adaptation is not an obligate outcome of evolution in spatially heterogeneous environments. Intermediate dispersal levels enhanced the emergence of local adaptation patterns. On a fourth article, I present the results of an experimental test of effect of the environmental grain on the emergence and maintenance of diversity in a temporally fluctuating environment by using Pseudomonas fluorescens SBW25. After ~300 generations of evolution, I have found that diversification was maximal at an intermediate environmental grain. I have also collaborated in the writing of a review about ecological specialization concept. This synthesis includes the different available definitions of ecological diversification and the different methods used to measure it. Finally, I have participated in an experiment using Mediterranean Sea bacteria exploring the dynamics of the diversity-ecosystem functioning relationship under too different selective scenarios favoring either specialization or the evolution of generalists. After 64 days of evolution, the result was a positive relationship between species richness and productivity for both specialists and generalists. Generalists performed better than specialists for any species richness level while the steepness of the relationship was higher for specialists.

Les nouvelles avancées dans le domaine de la science des matériaux ont engendré l’apparition de nouvelles problématiques notamment concernant leurs perçages. Dans le cas des structures aéronautiques, l’opération de perçage des panneaux multi-matériaux CFRP/aluminium se situe juste avant l’assemblage final. Les pièces percées ont donc une forte valeur ajoutée. L’intérêt de pouvoir prédire le moment où la qualité du perçage s’approche des bornes des spécifications prend alors tout son sens. La mise en place d’un modèle expérimental multi-matériaux par les réseaux de neurones permet prédire la qualité du perçage réalisé pour une séquence d’empilement donnée. En utilisant une démarche similaire, un système de surveillance hors ligne du perçage multi-matériaux a été établi. Deux méthodes ont été développées : la méthode générale permettant de s’adapter à un grand nombre d’empilement et la méthode spécifique, plus précise, mais dont le domaine de validité se cantonne à une seul séquence. / New advances in the field of materials science have led to the emergence of new issues particularly concerning their holes. In the case of aeronautical structures, the drilling of multi-material panels CFRP / aluminum is just before final assembly. Pierced parts thus have a high added value. The interest can predict when the quality of the hole approaches the limits of the specifications takes a lot of sense. The establishment of an experimental model multi-materials by neural networks can predict the quality of the hole made for a given stacking sequence.Using a similar approach, a monitoring system offline drilling multi-materials has been established. Two methods have been developed: the general method to adapt to a large number of stacking and specific method, more accurate, but the range of validity is confined to a single sequence.

Le marché de l'énergie distribuée est actuellement en pleine expansion et favorise l'intégration d'une multitude de sources d'énergie, et les machines à combustion interne ne sont pas exclues. Les moteurs à piston sont actuellement les principaux acteurs du marché, en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût en capital. Cependant, la réglementation de plus en plus sévère sur les émissions ainsi que les coûts liés à la maintenance et les temps d'arrêt sont prohibitifs pour ce type de machines, en particulier dans le segment de basse puissance et de production d’énergie et de chaleur combinées (CHP). C'est là que les microturbines opérant sous le cycle récupéré – de petites turbines à gaz qui produisent moins de 1 MW de puissance – ont un avantage concurrentiel, grâce à moins de pièces en mouvement, une combustion plus propre et une température élevée d'échappement. Les petites turbomachines récupérées doivent atteindre des températures d'entrée de turbine (TIT) très élevées, requises pour atteindre 40% de rendement thermique. Les céramiques non refroidies offrent une solution très attrayante, avec plusieurs essais mais des résultats peu concluants dans la littérature. Ce travail présente une nouvelle architecture qui prend en charge des pales en céramique monolithique dans un environnement d’opération à chaud. La turbine renversée en céramique (ICT) est constituée d'un moyeu métallique flexible qui fournit une base souple pour les pales individuelles en céramique qui sont supportées par l'extérieur par un anneau en composite carbone-polymère. Les forces centrifuges chargent les pales en compression au lieu d’en tension, exploitant ainsi la résistance en compression typiquement élevée des céramiques techniques. Le document présente la validation expérimentale entreprise pour vérifier l'intégrité structurelle d’un prototype de configuration ICT à petite échelle, dans des conditions de fonctionnement à froid et à chaud, ainsi que les étapes qui y ont mené. Les résultats expérimentaux montrent que l'ICT supporte des pales en alumine dans les tests à froid et le nitrure de silicium pour des températures d'entrée du rotor jusqu'à 1000 K, avec des vitesses de pointe de pale atteignant 271 m/s. L’incursion d’objet domestique, l'événement le plus désastreux à se produire dans les turbines en céramique dans la littérature, n'a pas causé de dommages aux pales dans cette configuration. Ces résultats indiquent que l'architecture ICT est robuste et viable, et que le développement peut être poursuivi pour augmenter la TIT et la vitesse de pointe de la turbine, afin d’éventuellement parvenir à une microturbine récupérée en céramique de 1600 K de TIT.

Les applications de réfrigération sont aujourd’hui majoritairement réalisées par des machines à compression alimentées en électricité. Animées à partir d’une source chaude, l’utilisation de machines à absorption permet d’utiliser très peu d’électricité comparée à une machine à compression et d’utiliser des réfrigérants écologiques. Le faible coefficient de performance et le coût élevé de ces machines est compensé par l’utilisation de rejets thermiques industriels destinés à être rejeté dans l’environnement et donc considérés comme gratuits. Le but de cette étude est de modéliser une machine à absorption hybride, utilisant le couple de fluide eau et ammoniac, en y ajoutant un compresseur ou booster dans la zone haute pression du circuit et d’évaluer ses performances. Cette modification crée une pression intermédiaire au désorbeur permettant de diminuer la température des rejets thermiques exploitables. Une température de rejets réutilisable de 50°C, contre 80°C actuellement, ouvrirait alors la voie à de nouvelles sources communes d’énergie. Le logiciel ASPEN Plus de simulation des procédés a été choisi afin de modéliser en régime permanent le système. Le modèle est en partie validé par l’étude expérimentale d’une machine à absorption commerciale de 10kW pour des applications de climatisation. Cette machine est située au Laboratoire des Technologies de l’Énergie d’Hydro-Québec. Ensuite, une étude de design permet de montrer, à puissance de réfrigération constante, les impacts bénéfiques de la technologie hybride sur le rendement exergétique, mais également sur la taille globale des échangeurs nécessaires. La technologie hybride est alors analysée économiquement face à une machine à absorption chauffée au gaz pour montrer sa rentabilité.

L'optimisation du rendement des turboréacteurs impose de limiter les fuites inter-étages et de réduire les jeux de fonctionnement entre le rotor et le stator. Cependant, l'adoption de jeux réduit conduit à des contacts rotor/stator qui peuvent avoir des conséquences désastreuses. Afin de prévenir les effets destructeurs de ces interactions, des revêtements "abradables" sont déposés sur le stator. La compréhension et la modélisation de ces interactions sont primordiales pour permettre la conception de nouveaux moteurs plus efficients et plus surs. Toutefois, la modélisation précise de ces phénomènes réclame des données expérimentales difficiles à obtenir du fait de la complexité de l'interaction, des matériaux mis en jeu et de leurs conditions extrêmes d'utilisation (500 m/s et 300 °C). L'objectif de ces travaux est donc de fournir de nouvelles données expérimentales relatives aux efforts générés lors d'un contact aube/abradable. Une nouvelle technique expérimentale a donc été développée. Elle permet de générer une interaction à très grande vitesse entre un outil représentant l'aube et une éprouvette de matériau abradable et de mesurer les efforts d'interaction. Du fait des très hautes vitesses d'interaction, le dispositif de mesure d'effort est associé à une méthode de correction des signaux. Ce protocole expérimental est appliqué à la caractérisation d'un matériau abradable Metco M601, employé à l'étage basse pression du compresseur dans les turboréacteurs d'avions civils. L'influence sur les efforts d'interaction de la vitesse tangentielle, la profondeur d'incursion ainsi que des caractéristiques géométriques de l'extrémité de l'aube est étudiée / Increasing efficiency of aircraft engines require optimization of the clearance between the rotor and the stator. However, the important thermo-mechanical solicitations undergone by the engines lead to unavoidable high speed interactions between the moving parts and the casing. To achieve reduced clearance without endangering the blading, abradable seals are deposited inside the casing. This coating is designed to wear out in case of contact with the blade tip. Characterization and understanding of the different phenomena which take place during interactions are essential to prevent premature failure and to design safer aircraft engines but accurate modeling of these phenomena requires experimental data which are difficult to obtain because of the extreme conditions in which contacts occur (500 m/s, 300 °C) and of the complexity of the involved materials. The purpose of this work is to provide new experimental data relating to the forces generated during blade-casing contacts. Thus, a new experimental technique has been developed in order to generate high speed interactions between a tool impersonating a blade tip and a sample of abradable material and to measure the interaction forces. Because of the high interaction velocities reached up, a signal correction method has been implemented. Finally, this new experimental technique has been applied on the characterization of the abradable material Metco M601 used in low-pressure compressor of commercial aircraft engines. The influence on the interaction forces of the blade velocity, the incursion depth and the mechanical and geometrical characteristics of the blade tip has been studied