La corrosion sous contrainte (CSC) est un phénomène synergique d'endommagement qui résulte d'un processus de corrosion (dissolution, adsorption) et d'une rupture mécanique (fissuration). Les mécanismes de couplage mécano-électrochimique en pointe de fissure nécessaires à la compréhension du phénomène sont encore mal connus puisqu'ils dépendent du système d'étude (métal/milieu agressif) et font intervenir de nombreux facteurs mécaniques et électrochimiques. Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier les interactions réciproques entre la dissolution et l'état de contrainte mécanique en pointe de fissure (facteurs d'intensité des contraintes) pour le cas du Zircaloy-4 en milieu aqueux halogéné. Les éprouvettes sont d'abord pré-fissurées par fatigue à l'air avec la technique du Load-Shedding, ce qui permet alors de maîtriser le facteur d'intensité des contraintes résiduel de pré-fissuration par fatigue. Ensuite, une pré-oxydation thermique est réalisée pour produire une couche de film passif sur les surfaces de l'éprouvette. Les réactions électrochimiques sont alors concentrées en pointe de fissure qui induit également une concentration des effets mécaniques. Des techniques de corrélation d'images sont développées dans le but d'identifier les facteurs d'intensité des contraintes et d'estimer la longueur de fissure en temps réel. Ainsi des essais originaux de CSC, permettant d'imposer les facteurs d'intensité en pointe de fissure, sont conduits et les résultats montrent alors clairement les effets synergiques entre l'évolution des mesures mécaniques et des courants de dissolution. D'autre part, l'existence d'un facteur d'intensité des contraintes seuil de propagation en CSC, présentant une forte dépendance à l'histoire de chargement et à la variation de l'état de contrainte locale en pointe de fissure (variation des facteurs d'intensité des contraintes), est mise en évidence. Ceci montre alors que la plasticité doit évoluer pour que la dissolution se produise. Ainsi, le temps caractéristique d'arriver de nouvelles dislocations en pointe de fissure ne doit pas dépasser la durée caractéristique des réactions de passivation. Enfin sur la base des résultats expérimentaux, un modèle de loi de propagation phénoménologique de fissure en CSC est proposé et ses paramètres sont identifiés et validés à partir de différents essais de CSC.

Les écoulements vrillés, qui sont largement utilisés dans les turbines à gaz, sont connus pour être sujet à des bifurcations entre différentes topologies (grandes reconfigurations de l'écoulement) qui peuvent affecter les performances et la sécurité du moteur. Ce travail se concentre sur l'étude de ces bifurcations en utilisant la Simulation aux Grandes Echelles (SGE). Cette étude montre qu'un petit changement dans les conditions dynamique du fluide, induite par les différents modèles de sous-maille utilisés, peut provoquer une transition entre deux régimes d'écoulement distincts lorsque l'écoulement tourbillonnaire est proche des conditions critiques de transition. La sensibilité de la SGE aux modèles de sous-maille est également identifiée comme le résultat d'un manque de résolution à certains endroits critiques, un problème qui est analysé en utilisant une méthode d'adaptation de maillage. L'adaptation de maillage est testée sur des cas académiques et industriels. Ici, par ajustement de la résolution du maillage sur la base des caractéristiques de l'écoulement étudié (raffinement et grossissement de la grille en maintenant constant le coût numérique), des améliorations substantielles peuvent être obtenues, en terme de prédictions de la SGE. Ce travail peut être considéré comme une des premières étapes vers la mise en place d'une procédure standard (reproductible et indépendante de l'utilisateur) de maillage pour la SGE.

Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche effectués depuis ma soutenance de thèse en septembre 2005. L'ensemble s'articule autour de problèmes touchant aux écoulements turbulents, tant monophasiques que multiphasiques abordés principalement d'un point de vue expérimental. Les problèmes traités sont tout autant d'ordre fondamental que plus appliqué. Cette présentation est organisée autour de 3 axes : 1. les instabilités et bifurcations en écoulements turbulents monophasiques ; 2. l'étude des écoulements dans les machines tournantes et leur conception ; 3. la dynamique et les instabilités en écoulements diphasiques. Ces 3 axes ont en commun un certain nombre de traits, comme la caractérisation au moyen d'outils expérimentaux conçus à dessein, l'analyse des données obtenues (signaux temporels ou champs de vitesse LDV/PIV) au moyen du développement d'outils de post-traitement (analyse d'image) et enfin l'intérêt porté aux phénomènes instationnaires et dynamiques.

Nous présenterons, dans une première partie, le fonctionnement d'une pile à combustible PCFC en nous attardant sur le phénomène de conduction protonique dans les matériaux céramiques. Dans un deuxième temps, nous présenterons les expériences qui nous ont permis de caractériser qualitativement le phénomène de courbure et nous formulerons des hypothèses pour en expliquer l'origine. Nous présenterons ensuite le modèle mécanique développé et implémenté dans le code de calcul "éléments finis" du centre (ZéBuLoN) pour simuler le frittage. Dans une dernière partie nous présenterons une série de simulations numériques qui valideront nos hypothèses. Ce travail permet de mieux comprendre les phénomènes qui entrent en jeu dans le cycle de frittage des membranes et contribue donc à l'amélioration du procédé industriel.

En robotique, il a toujours été difficile pour une jambe ou un bras robotique d'interagir avec son environnement, si ce dernier est inconnu. Les interactions non désirées peuvent causer de sérieux dommages au robot ou à l'environnement, ce qui est encore plus critique si l'environnement implique la présence d'un être humain. Les robots marcheurs sont sujets à ces mêmes contraintes lorsqu’il s'agit de se déplacer en terrains irréguliers et inconnus. Bien que leurs jambes permettent de s'adapter aux surfaces accidentées et de franchir des obstacles, les contacts avec le sol peuvent générer d'importantes forces. Percevoir les contacts avec le sol ainsi que les forces engendrées permettent un contrôle plus approprié du système robotique. Bien qu'il soit possible de munir les pattes de robots de capteurs de contact et de force, il reste que tout choc se répercute sur les engrenages des actionneurs, avec le risque de les endommager. Une autre solution consiste à utiliser des actionneurs élastiques compilants, i.e. des actionneurs munis d'un élément élastique qui permettent d'amortir les chocs et de percevoir les couples appliquées et retournées par l'environnement. Dans le présent travail, nous nous intéressons à l'utilisation d'actionneurs différentiel élastique (ADE) pour la réalisation d'une articulation pour une jambe de robot. L'ADE est un actionneur qui peut permettre une haute densité de couple, avec une impédance mécanique intrinsèque faible et qui peut être contrôlé en force, donc capable d'interactions sécuritaires avec son environnement. Afin de minimiser les dimensions et le poids de l'articulation tout en maximisant le couple et la vitesse, nous avons choisi d'étudier le couplage de deux ADE à travers un différentiel mécanique permettant l'élévation et la rotation d'une jambe de robot. Ainsi, il est possible d'utiliser le couple déployé par les deux actionneurs pour chacun des degrés de liberté, au lieu d'exploiter les capacités d'un seul actionneur par degré de liberté. L'analyse des résultats démontre un bon comportement au niveau du couple et de la vitesse dans les deux degrés de liberté du différentiel. L'intégration préliminaire de l'articulation pourra être utilisée pour étudier le comportement d'un robot marcheur à huit degrés de liberté dans des conditions d'utilisation variées (e.g., charge [i.e. charges] variables, terrains irréguliers).

This study is devoted to the development of moderate-cost methodologies for the aerodynamic simulation of open rotors. The main goals are, on one side, to develop and validate these rapid methodologies, and, on the other side, to better understand the mechanisms behind propeller in-plane loads, also called the 1P loads. To reach the first goal, the HOST-MINT code, based on the lifting-line theory, has been adapted and improved for the unsteady simulation of propellers and open rotors. The code has been assessed by comparison with experimental data and more complex and precise CFD simulations. Finally, the first developments and tests of a Lagrangian/Eulerian coupling strategy between HOST-MINT and the elsA CFD code have been performed. These studies enable to endeavor a number of applications of this type of rapid methodologies in the aerodynamic design of future open rotors. Moreover, these methodologies may be adapted for other domains linked to aerodynamics, such as aeroelastic problems or preliminary aeroacoustic predictions.

Le terme de robustesse structurale donne lieu à diverses définitions et domaines d’application. Dans le domaine de l’ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme 'l’aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine'. Cette définition fait clairement ressortir les notions de dommage initial (défaillance locale) et de dommage disproportionné (défaillance globale). Cette thèse propose une approche de la quantification de la robustesse structurale en contexte probabiliste pour mesurer l’impact d’une défaillance localisée sur la défaillance globale de la structure. L'objectif majeur de la thèse est de quantifier l’écart entre une défaillance locale et une défaillance globale, en introduisant différents indices de robustesse selon que la structure soit intègre ou initialement endommagée. Pour cela, dans le but de caractériser et quantifier les liens existant entre la performance des différents éléments d’une structure et la performance globale de la structure, il est nécessaire d'introduire une étude en système qui intègre de manière concomitante des notions de défaillance locale (modes de défaillance) et des notions de défaillance globale. Une recherche 'par l’intérieur' des chemins de défaillance dominants est présentée. Le terme 'par l’intérieur' est utilisé car c’est le cheminement interne de la défaillance dans la structure qui est recherché. Des méthodes de parcours d’arbre d’évènements sont introduites telles que la méthode des ' branches et bornes', du β-unzipping, ou encore du β-unzipping avec bornage. Ces méthodes permettent d’identifier les chemins de défaillance dominants avec des temps de calcul raisonnables. En particulier, il est possible de déterminer le chemin de défaillance associé à la plus grande probabilité de défaillance, appelé encore chemin de référence. Une approche 'par l’extérieur' est également proposée, qui consiste à identifier la défaillance globale sans parcourir un arbre d’évènement (et donc sans s’intéresser à l’ordre avec lequel la défaillance survient). Le terme 'par l’extérieur' correspond donc à regarder la défaillance de manière globale sans chercher à déterminer la chronologie de la défaillance. Dans les deux cas, l'enjeu est au final de développer une démarche globale permettant d’apprécier et de quantifier la robustesse des structures neuves ou existantes au travers de méthodes et d'indices pouvant s'appliquer à une large variété de problèmes.

En microélectronique, certains dispositifs (MEMS) nécessitent une couche de protection appelée encapsulation pour assurer un fonctionnement optimal. Ce procédé met en jeu une couche structurée de polymère BCB (benzocyclobutène). Celle-ci est en contact avec unsubstrat de silicium d'un côté et une couche de nickel de l'autre. Une compréhension du comportement de ces interfaces et primordiale. L'objectif de cette thèse est la caractérisation de l'énergie d'adhérence des interfaces discontinues Ni/BCB et BCB/Si. Deux essaismécaniques (test de flexion 4-points et insertion de lame) ont été mis en œuvre. Les modèles analytiques mis au point dans le cas d'une interface continue ont servi à l'exploitation de ces essais mais ont aussi montré leur limite. La structuration de l'interface induit des effets géométriques et des effets d'échelle qui ne sont pas bien pris en compte par les modèles classiques. Pour pallier à cette difficulté, un modèle analytique modifié est proposé pour le test d'insertion de lame, ainsi que des calculs de simulation numérique. Ils mettent en avant l'influence des paramètres de la structuration : taille des motifs, espacement.

En périmètre irrigué, les flux de remontée capillaires à partir de nappes peu profondes peuvent conduire à la salinisation des sols. Lorsque le drainage naturel du sol est insuffisant, la mise en place d'un drainage artificiel est souvent indispensable pour évacuer une fraction de la dose d'irrigation (fraction de lessivage) pour maintenir un équilibre des sels dans le sol. Le fonctionnement du drainage dans ces conditions est fortement influencé par les flux de remontée capillaires qui alimentent l'évapotranspiration et qui participent aussi au tarissement de la nappe. Cependant, les règles de conception classique du drainage, héritées des régions à climat tempéré, négligent les interactions entre drainage et évapotranspiration. L'objectif de ce travail est d'apporter des éléments de compréhension sur les interactions des flux de remontée capillaire avec le fonctionnement hydraulique du drainage, afin d'en améliorer les règles de conception. Les mécanismes de prélèvement par évaporation dans une nappe peu profonde sont tout d'abord étudiés en cuve lysimétrique. Cette étude fait apparaître les conséquences des variations journalières de la demande évaporatoire sur les intensités de prélèvement dans la nappe ; elle révèle également la difficulté d'utiliser le concept de porosité de drainage en phase de prélèvement par évaporation dans la nappe. Le fonctionnement de la zone saturée est ensuite modélisé par l'équation de Boussinesq intégrée à l'échelle du système drainant ; l'influence de l'imposition d'une condition à la limite (pluie ou prélèvement par évaporation) au toit de la nappe sur les débits et les hauteurs de nappe à l'interdrain simulés par le modèle est étudiée ; la variabilité de la forme de la nappe et ses conséquences sur les débits drainés sont mis en évidence. Le modèle permet d'entrevoir une nouvelle approche de conception basée sur le calcul de la restitution des réseaux et sur la vérification du critère de fraction de lessivage.

Dans cette thèse, une formulation pour l'extraction du couple " champ lointain " d'un rotor d'hélicoptère en vol stationnaire est présentée. Cette formulation est dérivée de la méthode d'extraction de la traînée " champ lointain " d'un avion, basée sur les travaux de van der Vooren et Destarac [?, ?, ?]. Un outil développé à l'Onera à partir de cette théorie permet de donner une analyse complète de la traînée aérodynamique d'un avion. Il est basé sur l'analyse physique et locale de l'écoulement calculé autour de l'aéronef, et décompose la traînée totale, aussi appelée traînée mécanique, en composantes physiques. Ces composantes physiques peuvent être définies comme suit : 1) la traînée d'onde, 2) la traînée visqueuse, 3) la traînée induite. L'adaptation de la méthode d'extraction de la traînée d'un avion à un rotor en vol stationnaire nécessite l'utilisation du couple rotor à la place de la traînée de l'avion, ce qui donne la décomposition suivante : 1) le couple d'onde, 2) le couple visqueux, 3) le couple induit. Les simulations de rotor diffèrent de celles de l'avion dans la mesure où les équations d'Euler (ou RANS) ne sont pas écrites dans le même repère de référence : les simulations d'avion utilisent généralement une formulation en vitesse relative tandis que les simulations d'un rotor d'hélicoptère utilisent la vitesse absolue projetée dans le repère relatif. Cette différence conduit à deux formulations différentes des équations de l'écoulement, et nécessairement deux formulations différentes de l'extraction de la traînée ou du couple. Ce changement de repère implique aussi des changements dans les quantités thermodynamiques utilisées, en particulier l'utilisation de la rothalpie à la place de l'enthalpie d'arrêt pour déterminer le couple dû aux phénomènes irréversibles. Une application de cette méthode est présentée sur un rotor quadripale créé pour cette étude et montre comment cette nouvelle approche peut améliorer la précision de l'extraction des performances d'un rotor à partir de résultat issu de la simulation numérique.