La modélisation des systèmes mécaniques consiste en l'idéalisation mathématique des phénomènes physiques qui les commandent, en reliant les variables d'entrée (paramètres géométriques, conditions de chargement...) aux variables de sortie (déplacements, contraintes...). Les méthodes probalistes, permettent de prendre en compte le caractère aléatoire et la variabilité spatiale et temporelle, dans l'évaluation de la réponse mécanique. L'application de ces méthodes en vue du dimensionnement nécessite de disposer d'un outil efficace permettant d'évaluer la fiabilité des structures concernées. Lorsque le comportement mécanique d'une structure est décrit par un modèle explicite, son étude fiabiliste est aisée grâce à un nombre important de méthodes qui ont montré leur efficacité. Par contre, lorsque la modélisation mécanique est numérique (méthode des éléments finis par exemple), une méthode permettant le couplage des modélisations mécanique et probabiliste doit être utilisée. Dans ce contexte, l'objet de cette thèse consiste à proposer une méthode probabiliste de la réponse d'un système mécanique avec des paramètres aléatoires. La technique proposée dans ce travail est basée sur le couplage des modèles éléments finis et de la méthode de transformation probabiliste, en vue de l'évaluation, sous forme analytique ou semi-analytique, de la fonction de densité de la réponse. Cette méthode est appliquée à différents types de problèmes en vue de démontrer ses avantages et ses limites

L'objectif de cette thèse est de contribuer à déterminer les régions possibles de croissance Aspergillus Ochraceus (O.A.) lors du séchage du café. Il est admis que ce champignon qui produit une toxine (Ochratoxine A), se développe pour une activité de l'eau supérieure à 0,8. La structure interne du grain de café est étudiée par microscopie, stéréoscopie et RMN. Ces observations mettent en évidence une grande hétérogénéité de structure à l'échelle du grain et à l'échelle cellulaire. Les isothermes de désorption pour cinq parties du grain sont établies. Mis à part la parche qui présente une structure ligneuse, il n'a pas été mis en évidence de différences notables des isothermes dans les autres parties du grain. L'étude des transferts d'eau est focalisée à la surface du grain, site privilégié de la croissance d'O.A. où trois structures présentent une résistance au transfert d'eau : l'endosperme, la couche argentée, la parche. Dans l'endosperme, le transport est décrit par une loi de diffusion. Pour des teneurs en eau supérieures à 65%, un coefficient de diffusion constant décrit bien la cinétique d'un grain entier. Au dessous de cette teneur en eau, le coefficient de diffusion décroit avec la teneur en eau. Ceci est dû, d'une part, à la réduction de l'espace poral occupé par l'eau et, d'autre part, à l'augmentation de la liaison entre l'eau et le squelette solide lorsque la teneur en eau diminue. Les essais de diffusion avec et sans la couche argentée montrent que la contribution de cette dernière est de l'ordre de 10%. Le flux d'eau dans la parche est supposé proportionnel à la différence d'activité de part et d'autre de celle-ci. Une technique expérimentale originale est proposée pour mesurer la résistance au transfert d'eau de la parche. Les résultats expérimentaux sont utilisés dans un modèle simple décrivant la cinétique et le profil d'activité de l'eau à la surface du grain. En fonction des conditions de séchage imposées, il devrait permettre de juger si l'environnement à la surface du grain est favorable ou non à la contamination du café.

L'objectif principal de cette étude consiste à réduire les temps de calcul des simulations de procédés de mise en forme continus sous le logiciel Forge3®. Ces procédés, tel que le laminage et le tréfilage, sont caractérisés par des pièces dont la longueur est très importante en comparaison des dimensions de la section ainsi que de la zone de contact. Une approche incrémentale générale implique des temps de calcul conséquents allant de quelques heures à plusieurs jours. En se concentrant sur le régime quasi permanant de ces procédés, une formulation stationnaire est développée pour accélérer leur simulation. Le domaine de calcul correspond initialement à une estimation de la forme de l'écoulement solution au voisinage des outils. Une étape de correction du domaine est ajoutée en plus du calcul stationnaire de l'écoulement. Comme les conditions aux limites sont modifiées, ces deux étapes sont répétées jusqu'à convergence.L'étude s'est concentrée principalement sur l'étape de correction du domaine correspondant à la résolution d'un problème de surface libre par la méthode des éléments finis. Le caractère purement convectif du problème ainsi que la prise en compte du contact nécessite l'utilisation de formulations faibles faisant apparaître un décalage amont (SUPG). Deux nouvelles formulations basées sur la méthode des moindres carrés sont développées avec succès (MC_supg et MC_lc). Pour appliquer la méthode à des géométries complexes, différentes méthodes de généralisations sont développées où un 2ème degré de liberté est ajouté aux nœuds de surface. La méthode la plus performante (CSL_dif) consiste à utiliser ce 2ème degré de liberté pour le calcul de surface libre uniquement sur les nœuds appartenant à une arête géométrique, pour les autres une régularisation du maillage dans la direction tangente y est effectuée. Des résultats excellents ont été observés sur un grand nombre de cas tests analytiques. Le contact est appliqué par une méthode de pénalisation aux nœuds. Afin de renforcer le couplage entre cette étape et celle du calcul de l'écoulement, un contact bilatéral glissant est attribué aux nœuds en compression alors que pour les autres nœuds un contact unilatéral est employé. Un algorithme spécifique est développé pour déterminer avec précision la zone de contact.Cette formulation itérative pour la recherche de l'état stationnaire a été appliquée avec succès sur un grand nombre de cas tests de mise en forme. Des accélérations comprises entre 10 et 60 ont été obtenues par rapport à Forge3®.

Le formage superplastique (SuperPlastic Forming, SPF) permet d'élaborer des pièces de forme complexe qui, de par les matériaux employés, allient faible densité et haute résistance mécanique. Toutefois, sa mise en œuvre nécessite la connaissance de la loi de pression à appliquer afin de contrôler l'endommagement tout comme la répartition d'épaisseur au sein de la pièce. Il est ainsi nécessaire de mettre en place des simulations numériques pour déterminer les conditions optimales du formage. L'exactitude des prédictions obtenues repose alors sur la description du comportement et de l'endommagement du matériau soumis à des conditions thermomécaniques représentatives du procédé considéré. Le présent travail propose donc une modélisation du comportement et de l'endommagement de l'alliage d'aluminium 7475 via une étude comparative de divers modèles. Les travaux peuvent ainsi être divisés en trois grandes étapes : (i) la caractérisation du comportement de l'alliage ; (ii) la caractérisation de l'endommagement de l'alliage et (iii) la mise en place de simulations numériques pour des formes types. Des essais de traction uniaxiale à chaud ont été réalisés afin de caractériser le comportement de l'alliage 7475. Une modélisation de ce-dernier par trois modèles (Norton-Hoff, Johnson-Cook et Zener-Hollomon) est proposée. Les résultats obtenus montrent que le modèle de Zener-Hollomon conduit à la meilleure description du comportement rhéologique de l'alliage dans les conditions thermomécaniques étudiées. Par la suite, l'endommagement de l'alliage 7475 dans des conditions représentatives du formage superplastique a été étudié. Un critère de type Gurson est proposé. Des observations par micro-tomographie aux rayons X ont d'ailleurs permis d'étudier plus précisément l'évolution de l'endommagement au cours de la déformation. À partir de ces résultats, des simulations numériques par éléments finis (sous ABAQUS) ont été mises en place.

L'objectif de ces travaux est de déterminer l'atténuation des effets d'une explosion sous-marine par un rideau de bulles. Dans ce cadre, une modélisation de la propagation d'un chocdans les liquides à bulles a été développée, basée sur une technique de transition d'échelles.Cette méthode permet la formulation de modèles continus de liquides aérés, dont la mise enoeuvre est aisée et rapide. Nous avons d'abord développé une modélisation pour des liquidesdiphasiques au sein desquels les bulles sont régulièrement réparties dans l'espace, avant deproposer une extension de ce modèle au cas des liquides à bulles présentant des hétérogénéitésde porosité sous la forme d'amas sphériques de bulles. Un modèle de fragmentation des bulleslors du passage du choc a également été développé, basé sur une analyse linéaire de stabilitédes bulles. L'étude a permis d'établir un critère prédictif de fission et de déterminer le nombrede fragments associés. L'ensemble des modélisations proposées a fait l'objet de comparaisonsavec des résultats expérimentaux issus de la littérature. La concordance entre résultats d'essaiset résultats issus de la modélisation démontre les capacités prédictives de l'approche proposée.Cette modélisation a enfin été appliquée au cas de rideaux de bulles soumis à une explosionsous-marine. Une étude de sensibilité sur les paramètres physiques du rideau a été menée, eta permis de confirmer les tendances expérimentales : sous certaines conditions, la dispositiond'un rideau de bulles sous l'eau permet de diminuer de façon très conséquente l'énergie duchoc transmis en aval du rideau.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de recherche s'intéresse à l'utilisation d'actionneur piézoélectrique à onde progressive dans le cadre d'un contexte de retour d'effort comme un choix alternatif par rapport à l'actionneur électromagnétique utilisé très souvent dans le domaine haptique. Ainsi, à partir d'une étude sur les caractéristiques dynamiques et mécaniques du moteur USR30, on a proposé un modèle global en GIC qui prend en compte les phénomènes non linéaires intrinsèques dans le moteur. En inversant ce modèle de GIC, on arrive à valider deux types de commande à retour d'effort, enfin, en présentant les résultats expérimentaux à base de la plateforme de 1ddl de digitracker, la réalisation d'un environnement virtuel qui comprend un ressort et un mur virtuels devient possible. / This research work is interested in the use of travelling wave ultrasonic motor within the framework of a context of force feedback as an alternative choice with regard to the electromagnetic motor which is often used in the haptic domain. So, from a study on the dynamic and mechanical characteristics of the motor USR30, we proposed a global model in GIC who takes into account the intrinsic not linear phenomena in the motor. By inverting this model of GIC, we manage to validate two types of control in force feedback; finally, by presenting the experimental results based of the platform of 1ddl of digitracker, the realization of a virtual environment which includes a virtual spring and a virtual wall becomes possible.

L'utilisation des moyens de calcul de type éléments finis couplés aux progrès techniques en matière de mesures de champs expérimentaux, tant microstructuraux que mécaniques, ouvrent la voie à une richesse de dialogue expérience/calcul qui ne se limite plus à la seule réponse macroscopique obtenue sur un volume élémentaire représentatif. <br />L'objectif de ce travail concerne l'exposé de la méthodologie adoptée et des outils développés pour l'identification de paramètres pertinents de lois de comportement de matériaux hétérogènes à partir de la définition de leur microstructure et des mécanismes responsables, au sein du volume élémentaire représentatif, de leur comportement élasto-plastique voire de leur endommagement. Nous nous intéresserons tout particulièrement à préciser la notion d'hétérogénéités, qui est fortement dépendante de la base de mesure choisie, que se soit pour l'expérimentation ou pour les simulations numériques. Nous aborderons d'autre part, les questions relatives à la pertinence de mesures de surface pour décrire le comportement d'un volume de matière puis nous nous focaliserons sur l'intérêt d'utiliser des mesures cinématiques, obtenues en cours d'essais mécaniques in situ comme conditions aux limites des simulations numériques. <br />Nous discuterons de la mise en place de cette méthodologie à partir de résultats obtenus à partir d'alliages métalliques et de matériaux virtuels.

The accuracy of the numerical simulation in the prediction of cavitation in cryogenic fluids is of critical importance for the efficient design and performance of turbopumps in rocket propulsion systems. One of the main challenges remains the efficiency in modeling the physics, handling the multiscale properties and developing robust numerical methodologies. Such flows involve thermodynamic phase transition and cavitation bubbles smaller than the global flow structure. Cryogenic fluids are thermo-sensible, then thermal effects and strong variations in fluid properties can alter the cavity properties. The aim of this work is to address the challenge of efficiently modeling cavitating flows when using water and cryogenic fluids. Because of the complexity of the phenomenon, we focus on improving accuracy of the numerical simulation and on proposing some approaches for a strong coupling between numerics and experiments. We first discuss how to simulate cavitation by means of a mixture model. We specifically address two challenges. The first one is associated with the prediction of thermal effect during the phase transition, requiring the solution of the energy conservation equation. The second challenge is associated to the prediction of the number of bubbles, by considering a transport equations for the bubble density. This study is applied to the numerical simulation of a cavitating flow in a Venturi configuration. We observe an improved estimation of temperature and pressure profiles by using the energy equation and the nucleation model. Secondly, we focus on bubble dynamics. Several forms of Rayleigh-Plesset (RP) equations are solved in order to estimate the temperature and pressure during the collapse of the bubble. We observe that, for high Mach number flows, RP modified with a compressible term can predict the bubble behavior more accurately than the classical form of RP. It is necessary to use a complex equation of state for non-condensable gas (van der Waals) in order to have an accurate estimation of the bubble temperature during the collapse phase. We first apply this approach to the water treatment with cavitation, by proposing a model for the estimation of radicals developed during the collapse of the bubble. Secondly, this equation is modified by adding a term of convective heat transfer at the interface between liquid and bubble and it is coupled with a bubbly flow model in order to assess the prediction of thermal effect. We perform a parametric study by considering several values and models for the convective heat transfer coefficient, hb, and we compare temperature and pressure profiles with respect to the experimental data. We observe the importance of the choice of hb for correctly predicting the temperature drop in the cavitating region and we assess the most efficient models. In addition, we perform an experimental study on nitrogen cavitating flows in order to validate numerical prediction of thermal effect, and in order to assess the fundamental characteristics of the nucleation and the transient growth process of the bubble.