Depuis plus de quinze ans, l'enregistrement des signaux hydroacoustiques par des hydrophones dans le canal SOFAR (SOund Fixing And Ranging) a permis la détection et la localisation de nombreux séismes de faible magnitude dans l'océan. Cependant, l'interprétation de ces signaux hydroacoustiques appelés ``ondes T'' ne permet pas de fournir une information directe sur les magnitudes, les mécanismes aux foyers et les profondeurs focales des séismes en cause. Cette limitation vient en partie du fait que le mécanisme de conversion des ondes sismiques en ondes acoustiques au passage du fond océanique n'est pas totalement compris à ce jour. Pour tenter de résoudre ce problème, nous avons développé un code mécanique 2D solide-fluide capable de modéliser le processus de conversion sismo-acoustique. En calculant de manière exacte la solution du champ de vitesses de l'onde acoustique produite, notre modèle montre qu'une source en double couple dans la croûte océanique produit des ondes T dans la colonne d'eau avec des angles permettant de se propager dans le SOFAR. Notre modèle confirme également l'importance relative des ondes P et S dans l'amplitude de l'onde T produite. Des développements sont en cours pour modéliser l'effet des caractéristiques topographiques régionales ou locales du fond océanique sur la production des ondes T. A terme, les sorties de ce modèle, utilisées comme entrées d'un code de propagation acoustique longue distance, pourraient permettre de modéliser l'onde T sur l'ensemble de son trajet, de la source sismique à l'hydrophone.

L'objet de cette thèse est de proposer une méthode de calcul de la puissance mécanique développée par les utilisateurs de fauteuil roulant manuel (FRM) pour se déplacer sur le terrain. Cette méthode est basée sur un modèle mécanique 3D intégrant la cinématique des segments du Sujet et des éléments du FRM, et les efforts exercés par le Sujet sur le FRM. La vérification expérimentale de ce modèle a nécessité l'utilisation simultanée d'un système vidéographique 3D et d'un fauteuil roulant instrumenté (FRET-1) permettant la mesure des efforts appliqués par le Sujet sur le siège et sur les mains courantes du FRET-1 au cours d'un déplacement en ligne droite sur le plat. Les paramètres de résistance au roulement ont été calculés ainsi que la puissance dissipée par ces résistances. La puissance cinétique et la puissance du poids du système {Sujet + FRM} ont également été calculées puis utilisées pour calculer la puissance mécanique interne du système {Sujet + FRM}. La méthode présentée dans cette thèse ouvre des perspectives intéressantes en termes d'évaluation des capacités physiques des utilisateurs de FRM, d'optimisation des techniques de propulsion et d'amélioration de l'accessibilité des lieux publics et privés.

Par quoi peut-on expliquer actuellement ce retour considérable de la philosophie des sciences à la conception de la théorie physique chez Pierre Duhem. Une conception qui est née au sein d’un projet scientifique et qui est destinée à préparer théoriquement la théorie physique de Duhem à savoir la théorie énergétique. L’énergétique ou l’expression effective de la théorie physique idéale, n’a pas pu convaincre par le projet qu’elle apporte à la science physique, toutefois, la conception théorique qui le prépare à réussi à conserver son intérêt et son actualité malgré tous les changements conceptuels dans la philosophie des sciences contemporaine. Par quoi donc, pouvons-nous expliquer la réussite de la conception de la théorie physique malgré l’échec de la théorie physique de Duhem ? Notre thèse est la suivante : la conception théorique de la théorie physique survécue et conserve sa pertinence grâce à la méthodologie qu’elle prépare, au travail conceptuel qu’elle comporte et grâce aux thèses qu’elle défend. Elle est neuve par rapport aux conceptions précédentes et elle est distincte en comparaison avec ses contemporaines. La nouvelle méthodologie présentée par Duhem, nous donne l’occasion de réfléchir de nouveau un problème toujours était liée à la science, mais qui semble insistant plus que jamais à l’époque de Duhem ; c’est le problème de la certitude scientifique. Entre une raison qui défont sa capacité de tout connaitre et tout expliquer en dessinant un schéma exact des lois qui guident la nature, et une raison qui connait ses propres limites et accepte toutes les possibilités de connaissance, ou qui recourt à l’imagination pour faire appel à des modèles qui l’aident à connaitre, la raison se trouve chez Duhem dans la quête d’une méthodologie qui conserve à la science son stature et la protège contre tout dogmatisme et tout scepticisme. L’intersection du travail du savant, de l’historien des sciences et du philosophe chez Pierre Duhem résulte, une conception qui, non seulement persévère dans le temps par son originalité, mais aussi elle est devenue par le travail conceptuelle qu’elle contient une source de nouvelles réflexions et discussions dans la philosophie des sciences contemporaine. / How can we currently explain the important return of the philosophy of science to the concept of physical theory by Pierre Duhem? This concept is born into a science project and prepare theoretically the physical theory of Duhem named energetic theory. The energetic or the effective expression of the ideal physical theory could not convince with the project that she brings to physical science, however, the theoretical concept that prepares them to successfully retain his interest and despite news all conceptual changes in the contemporary philosophy of science. For what, then, can we explain the success of the concept of physical theory despite the failure of the physical theory of Duhem? Our thesis is as follows: the theoretical conception of physical theory survived and remains relevant for favor to the methodology it prepares, the conceptual work involved and the ideas it promotes. It is new compared to previous designs and it is distinct in comparison with its contemporaries. The new methodology presented by Duhem, gives us an opportunity to reflect back to a problem which was always related to science, but that seems more insistent than ever at the time of Duhem, that is the problem of scientific certainty. Between one reason that undo its ability to know everything and explain everything by drawing a diagram of exact laws that guide the nature and reason who knows his own limitations and accepts all the possibilities of knowledge, or that uses the imagination to use templates that help to know, according to Duhem, the reason is in the quest for a methodology that retains its stature in science and protects against dogmatism and skepticism. The intersection of the work of the scientist, the science historian and philosopher Pierre Duhem result in a design that not only perseveres in time for its originality, but also became the conceptual work that contains a source of new ideas and discussions in contemporary philosophy of science

La prédétermination de la hauteur de départ des avalanches représente un défi majeur pour l'évaluation du risque en montagne. Cette hauteur constitue en effet un ingrédient d'entrée important des procédures de zonage et de cartographie du risque. Dans cette thèse, nous présentons un formalisme rigoureux dans lequel les distributions de hauteur de départ d'avalanche sont exprimées à travers un couplage des facteurs mécaniques et météorologiques. Le critère de stabilité du système plaque - couche fragile est étudié en utilisant une analyse mécanique par éléments finis prenant en compte l'hétérogénéité spatiale des propriétés mécaniques. Considérant qu'une avalanche ne peut se produire que si la hauteur de chute de neige dépasse une hauteur critique correspondant au critère de stabilité, les distributions de hauteur de départ obtenues à partir du modèle mécanique sont couplées avec la distribution des chutes de neige extrêmes sur 3 jours. Nous montrons que ce modèle couplé est capable de reproduire des données de terrain de 369 avalanches naturelles de plaque à La Plagne (France). Non seulement la queue de la distribution en loi puissance, correspondant à des épaisseurs de plaque élevées, mais aussi le corps de la distribution pour les plaques moins épaisses, sont bien reproduits par le modèle. Les avalanches petites à moyennes semblent être essentiellement contrôlées par la mécanique, tandis que les grosses avalanches et l'exposant de la loi puissance associé, sont influencés par un couplage mécanique - météorologique fort. Par ailleurs, nous démontrons que la distribution obtenue est fortement dépendante de l'espace, et, en utilisant les processus max-stables permettant une interpolation spatiale rigoureuse, notre modèle couplé est utilisé pour obtenir des cartes de hauteur de départ d'avalanche pour différentes périodes de retour sur l'ensemble des Alpes françaises.

La mesure des déplacements de surface liés â l'activité volcanique est une méthode très utilisée dans la surveillance et l'étude des volcans actifs. De nombreux modèles mécaniques ont été réalisés pour tenter de déduire la structure interne de ces données de déplacements, et notamment pour localiser les chambres magmatiques. Mais ils négligent tous le caractère fortement hétérogène et discontinu des édifices volcaniques. Un nouveau modèle permettant précisément l'étude des milieux hétérogènes et fracturés est utilisé. Son hypothèse de base est que l'édifice se comporte comme s'il était constitué d'un assemblage de blocs se déplaçant les uns par rapport aux autres. L'éruption très bien documentée du Mont St Helens (1980) sert de test pour cette méthode de blocs, en permettant de comparer déplacements calculés et déplacements mesurés. Quatre modèles bi-dimensionnels de ce volcan sont construits à partir d'une coupe géologique nord-sud. Chacun d'eux permet de tester l'effet d'un paramètre du modèle (géométrie, conditions aux limites, coefficient de frottement entre blocs, chemin de sollicitation). L'intrusion d'un dôme de lave à l'intérieur du flanc nord est simulée par l'application d'une montée en pression incrémentale puis les modèles sont soumis à une accélération horizontale simulant un séisme. Les résultats de cette modélisation mettent en évidence la dépendance des modes de déformation et de rupture vis à vis du coefficient de frottement entre les blocs. On obtient un assez bon accord avec les observations pour la plus faible des deux valeurs de ce coefficient testées (O.S). La rupture du flanc nord en grand glissement de terrain se produit aussi bien sous la seule influence de la montée en pression que sous pression et séisme combinés. Mais le second type de chargement donne un meilleur accord des résultats avec la réalité, et confirme ainsi qu'un séisme était bien à l'origine de l'éruption. Enfin, on discute, à la lumière de ces résultats, de la possibilité d'appréhender les structures internes et les mouvements du magma, à partir des mesures de déplacements de surface.

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

L’ingénierie tissulaire vise à l’élaboration de prothèses biologiques par la régénération ou la culture, in vitro ou in vivo, de tissus ou d’organes. Dans la stratégie de culture in vitro, le développement de nouveaux outils, tels que des bioréacteurs, permettant la culture de cellules ou de tissus sous sollicitations mécaniques spécifiques au tissu est primordial. De plus, l’avancée de cette discipline dans la régénération des tissus nécessite de développer, dès à présent, des méthodes d’évaluation mécanique satisfaisantes permettant de comparer ces néo-tissus aux tissus sains selon des critères de sollicitations physiologiques. En effet, pour parvenir à une bonne évaluation de ces matériaux, il est nécessaire de pouvoir les tester sur des chargements représentatifs des sollicitations physiologiques auxquelles ils sont soumis. Nous avons ainsi, dans un premier temps, conçu et développé un bioréacteur de ligaments permettant la culture de cellules stimulées mécaniquement par des sollicitations cycliques de traction-torsion. Ce bioréacteur a été dimensionné afin de pouvoir obtenir des bio-prothèses de taille comparable aux ligaments et tendons à remplacer (4 à 5 cm de long). Nous avons, dans un deuxième temps, développé un modèle du comportement mécanique global de ces tissus à partir du formalisme thermodynamique développé au sein de notre laboratoire et des observations faites sur des tendons d’Achille de lapin. Ce modèle a pour but d’approfondir la compréhension des structures intervenant de façon prépondérante dans la qualité mécanique de ces tissus ainsi que l’évaluation et l’optimisation des matrices de support et des néo-tissus devant s’y substituer / Tissue Engineering aims to fabricate bio-prostheses by regenerating or culture, in vivo or in vitro, tissues or organs. In the in vitro strategy, developing new tools such as bioréactors which allow the culture of cells or tissues under their specific mechanical solicitations is a huge point. Moreover, the last advances of this discipline in regeneration of tissues require new mechanical model allowing their evaluation and comparison to native tissue under physiological loading. Indeed, in order to obtain a good evaluation of their mechanical quality, it is important to be able to applied mechanical solicitations linked to physiological ones. As a first step, a bioreactor of ligament allowing the culture of cells under mechanical solicitations of cyclic traction-torsion was designed and developed. This bioreactor was sized to potentially obtain a bio-prosthesis comparable to native tissue in term of size (4 to 5 cm long). In a second time, a mechanical model was elaborated based on a thermodynamic formalism developed in our laboratory and the observation made on rabbit Achilles tendons. The goals of this model are to improve our knowledge on the mayor structures involved into the mechanical quality of theses tissues and to evaluate and optimise the scaffolds and neo-tissues of substitution

La prédétermination de la hauteur de départ des avalanches représente un défi majeur pour l'évaluation du risque en montagne. Cette hauteur constitue en effet un ingrédient d'entrée important des procédures de zonage et de cartographie du risque. Dans cette thèse, nous présentons un formalisme rigoureux dans lequel les distributions de hauteur de départ d'avalanche sont exprimées à travers un couplage des facteurs mécaniques et météorologiques. Le critère de stabilité du système plaque - couche fragile est étudié en utilisant une analyse mécanique par éléments finis prenant en compte l'hétérogénéité spatiale des propriétés mécaniques. Considérant qu'une avalanche ne peut se produire que si la hauteur de chute de neige dépasse une hauteur critique correspondant au critère de stabilité, les distributions de hauteur de départ obtenues à partir du modèle mécanique sont couplées avec la distribution des chutes de neige extrêmes sur 3 jours. Nous montrons que ce modèle couplé est capable de reproduire des données de terrain de 369 avalanches naturelles de plaque à La Plagne (France). Non seulement la queue de la distribution en loi puissance, correspondant à des épaisseurs de plaque élevées, mais aussi le corps de la distribution pour les plaques moins épaisses, sont bien reproduits par le modèle. Les avalanches petites à moyennes semblent être essentiellement contrôlées par la mécanique, tandis que les grosses avalanches et l'exposant de la loi puissance associé, sont influencés par un couplage mécanique - météorologique fort. Par ailleurs, nous démontrons que la distribution obtenue est fortement dépendante de l'espace, et, en utilisant les processus max-stables permettant une interpolation spatiale rigoureuse, notre modèle couplé est utilisé pour obtenir des cartes de hauteur de départ d'avalanche pour différentes périodes de retour sur l'ensemble des Alpes françaises. / The evaluation of avalanche release depth distributions represents a major challenge for hazard management in mountaineous regions. This depth constitutes an important input ingredient of hazard mapping procedures. This PhD thesis presents a rigorous formalism in which these distributions are expressed through a coupling of mechanical and meteorological factors. The stability criterion of a layered snowpack is investigated using a finite-element analysis accounting for the spatial heterogeneity of weak-layer mechanical properties. Considering that an avalanche can occur only if the snowfall depth exceeds a critical value corresponding to a stability criterion, release depth distributions obtained from the mechanical model are coupled with the distribution of 3-day extreme snowfalls. We show that this coupled model is able to reproduce field data from 369 natural slab avalanches in La Plagne (France). Not only the power-law tail of the distribution, corresponding to large slab depths, but also the core of the distribution for shallow slab depths, are well represented. Small to medium-sized avalanches appear to be controlled mainly by mechanics, whereas large avalanches and the associated power-law exponent, are influenced by a strong mechanical-meteorological coupling. Finally, we demonstrate that the obtained distribution is strongly space dependent, and, using max-stables processes allowing a rigorous spatial interpolation, our coupled model is used to obtain release depth maps for given return periods in the whole French Alps.

Ce travail porte sur la simulation numérique et la modélisation du comportement thermo-mécanique des matériaux composites renforcés par des fibres. Spécifiquement les matériaux SMC (Sheet Moulding Compound) sont utilisés dans le processus de moulage par compression pour construire des pièces automobiles de haute performance. Ce travail est divisé en quatre chapitres, décrivant tout d’abord un modèle thermo-mécanique entièrement couplé pour les matériaux SMC standards et innovants à haute concentration en fibres (> 25% en volume). Le SMC est traité comme un mélange incompressible de fibre et de résine complété éventuellement par une phase de porosité compressible. Son anisotropie est modélisée au moyen de tenseurs structurels. La cinétique de réaction et de consolidation de la pièce est également modélisée et étudiée. Les données expérimentales mécaniques et thermiques enregistrées sur des échantillons de matériaux SMC sont comparées au modèle et à la solution numérique fournie par ce travail. D’un point de vue numérique, nous utilisons la méthode des domaines immergées o`u chaque phase est distinguée par une fonction distance signée. Nous décrivons le procédé de moulage par compression en proposant une résolution compressible anisotrope unifiée capable de décrire la transition compressible / incompressible du matériau SMC sous déformation. Cela permet de décrire la réponse mécanique du SMC et de prédire localement la consolidation (durcissement) de la pièce le long du cycle thermique. / This work deals with the numerical simulation and modeling of thermomechanical analysis of fiber reinforcedcomposites materials. Specifically for SMC (Sheet Molding Compound) materials that are used in compression molding processes to build automotive high performance parts. The work is divided into fourchapters, firstly describing a fully coupled thermo-mechanical model for standard SMC materials and for innovative SMC with high fiber concentration (> 25% in volume). The SMC is treated as an incompressible mixtureof fibers and paste complemented by a compressible porosity phase. Its anisotropy is modeled by means of structural tensors. Kinetic of reaction and consolidation of the part is also modeled and studied. Mechanicaland thermal experimental data recorded on samples of SMC materials are compared to the model and numerical solution provided in this work. A numerical framework, we use the immersed boundary method and the level set method. We describe the compression molding process by proposing an unified anisotropic compressible resolution able to describe the transition between compressible/ incompressible of SMC materials under deformation. We are able to describe the mechanical response of the SMC and to predict locally the consolidation (curing) of thepart throughout the thermal cycle.

Nous nous intéressons, dans ce travail, aux chaînes ouvertes de corps élastiques, animés de grands mouvements rigides. Nous considérons deux types de problèmes : problème direct où on recherche les déplacements de la chaîne à chargement connu, problème inverse où la donnée est une position ou une trajectoire de l'extrémité terminale de la chaîne et où on recherche le chargement à imposer pour obtenir cette position ou cette trajectoire. Nous supposons que les corps de la chaîne sont bien modélisés par des poutres élastiques et nous étudions deux types de modélisations: une modélisation linéaire (approche convective) où les petits déplacements élastiques sont mesurés par rapport à un repère flottant qui suit les mouvements rigides des poutres de la chaîne et une modélisation non-linéaire (approche globale) où Ton n'effectue pas, au niveau de la formulation mécanique, de découplage entre déplacement élastique et déplacement rigide. Notre travail comporte la formulation mécanique et l'étude mathématique du problème direct dans les cas statiques et dynamiques, ce dans le cadre de l'approche convective et de l'approche globale, ainsi que l'étude mathématique d'un problème inverse dynamique simplifié. Nous avons en outre réalisé un traitement numérique simple et efficace du problème direct, ce dans le cas statique pour l'approche convective et dans les cas statiques et dynamiques pour l'approche globale.