Le travail de thèse porte sur l’étude des phénomènes de l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, de l’impact balistique dans un matériau granulaire, et de l’impact balistique sur un tissu. Afin d'évaluer l'absorption d'une onde de choc par un matériau granulaire, un dispositif expérimental a été conçu, qui permet d'évaluer à la fois la pression incidente et réfléchie, et la déflexion et l'accélération d'une plaque de référence, en fonction du temps. Le comportement du système étudié est décrit par un modèle masse-ressort-amortisseur à un degré de liberté.La performance balistique d'un granulat, soumis à l'impact d'un projectile sphérique, est étudiée sur la base de l'évolution de la vitesse de la bille dans le matériau. L'impact dans le matériau granulaire peut être considéré comme un impact hydrodynamique. Au niveau de l'étude numérique, deux approches sont utilisées pour l'application de la sollicitation sur le matériau granulaire : application directe de la pression de l'onde de choc, et propagation de l'onde dans un domaine Eulérien. De même, pour le granulat, plusieurs modèles de comportement sont étudiés. Dans le modèle numérique, le matériau granulaire est modélisé par un matériau équivalent homogénéisé. Un protocole expérimental spécifique a été développé en vue de la mesure continue de la vitesse d'un projectile lors de l'impact sur un tissu. La confrontation entre les résultats expérimentaux et un modèle analytique sur la base du principe de la conservation de quantité de mouvement, démontre que le modèle analytique simple est capable de décrire l'évolution de la vitesse pendant la première phase après l'impact. / This thesis deals with the absorption of shock wave energy by a granular material, and with the study of ballistic impact in fabrics and granular materials. For the assessment of shock wave absorption by a granular material, a test set-up was developed. This set-up allows the evaluation of incident and reflected pressure, and deflection and acceleration of a reference plate as a function of time. An analytical mass-spring-dashpot model with one degree of freedom can predict the deflection correctly. The ballistic performance of a granular material, impacted by a spherical projectile, is evaluated in terms of velocity decay through the material. The experimental results indicate that the impact can be considered as a hydrodynamic impact.In the numerical study, two approaches are used to apply the pressure on the granular material: direct application of the pressure on the sample, and propagation of the shock wave through an Eulerian domain. For the granular material, considered as homogeneous and isotropic, different models have been analysed. A new test set-up was developed for the continuous measurement of the projectile velocity during the penetration in ballistic fabric. The experimental results are compared to an analytical model, based on the conservation of momentum. It appears that the very simple analytical model describes the velocity evolution very well during the first phase after impact.

Le développement des générateurs de forte puissance pour les énergies marines renouvelables nécessite un effort important de recherche et de développement plus particulièrement centre sur les aspects mécaniques et thermiques. Généralement, la modélisation précise des machines électriques nécessite l'utilisation de la méthode des éléments finis. Cependant, cette méthode est gourmande en temps de calcul en particulier lors des premières étapes de conception. Le but de cette thèse est de fournir des modèles permettant l’analyse des générateurs synchrones à aimants permanents pour les énergies marines renouvelables avec un rapport temps / précision réduit. Deux approches de modélisation sont proposées dans ce travail: une approche à constantes localisées et une approche hybride basée sur le couplage direct entre un modèle analytique et un modèle à constantes localisées. Ces modèles sont utilisés pour l'étude des différents phénomènes physiques inhérents au fonctionnement des dispositifs électromagnétiques (magnétiques, thermiques et mécaniques). Les modèles magnétiques et thermiques à constantes localisées sont construits à partir d'une démarche dite générique, consistant en un maillage du domaine d'étude. Les modèles développés enrichiront les travaux en cours sur les modèles thermiques et mécaniques au GREAH afin d'aboutir à un code de calcul multi-physique par constantes localisées. / The development of high power generators for the marine renewable energies requires substantial research and development, focusing particularly on the mechanical and thermal aspects. Generally, accurate modelling of electrical machines requires the use of finite-element (fe) method. However, fe analysis is highly time consuming, especially at first design stages. The aim of this phd thesis is to propose a design approach of the permanent magnet synchronous generators for marine renewable energies applications offering a good computation time to precision ratio. Two design models are proposed in this work : lumped parameter approach and a hybrid approach based on the direct coupling of an analytical model and lumped parameter model. This modelling approach is used for the modelling of the three main physics to be considered in an electrical generator (magnetic model, thermal model and mechanical model). The lumped parameters approach consists, in this thesis, in the development of a generic magnetica and thermic lumped parameter network linked to the machine geometry. The models developed will regroup the ongoing developments of thermal and mechanical models at the GREAH lab in order to reach the completion of a mutliphysics lumped parameters computational code.

Ce travail concerne l'étude des machines asynchrones à cage dans les applications de traction automobile, en particulier pour les véhicules hybrides. Nous avons développé des modèles et des méthodes utiles pour analyser et dimensionner de telles machines électriques. Nous avons tout d'abord mis au point un modèle électromagnétique non linéaire de la machine, déterminé à partir d'un nombre restreint de calculs "éléments finis". Ce modèle a ensuite été adapté pour réaliser des études de sensibilités sur quelques dimensions géométriques importantes. Il permet d'adapter rapidement une machine à un nouveau cahier des charges. Nous avons finalement étendu cette méthode de modélisation pour prendre en compte un plus grand nombre de paramètres géométriques. Ce dernier modèle paramétrique a été utilisé pour l'optimisation sous contrainte des dimensions d'une machine. Pour cela, nous avons proposé une nouvelle méthode "d'optimisation à modèle recalé" qui concilie précision, rapidité et simplicité. Cette démarche a été appliquée au cas concret d'un dimensionnement de machine asynchrone avec un cahier des charges typique d'un véhicule hybride.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la problématique du dimensionnement des inducteurs à aimants ferrites pour moteurs d'auxiliaire automobile, aussi bien brushless qu'à courant continu. Un outil informatique permettant de trouver les grandeurs géométriques et physiques optimales pour un inducteur, tout en respectant le cahier des charges, a été réalisé. Cet outil s'appuie sur un modèle analytique de l'inducteur, basé sur la résolution formelle des équations de champ, qui a l'originalité de permettre d'estimer la désaimantation irréversible des segments ferrites ainsi que de prendre en compte leur forme réelle. Il utilise également un modèle économique et industriel qui prête une attention spéciale au coût et à la faisabilité des segments ferrites. Les performances de cet outil ont été démontrées avec succès lors de l'optimisation du coût d'un moteur pour application ABS.

Ce travail de thèse, s'intéresse dans deux parties distinctes à deux thématiques astrophysiques indépendantes : i) certains aspects de la formation stellaire sont traités dans une première partie, alors que la seconde, plus modeste, s'intéresse au rayonnement cosmique.<br /><br />Lorsqu'une étoile se forme, alors que l'accrétion sur l'objet central se poursuit, de gigantesques éjections de matière se produisent sous forme de jets et flots moléculaires bipolaires. Après une<br />introduction donnant une vision globale de tous les éléments <br />impliqués dans la formation stellaire, nous présentons les modèles "standards" pour les flots moléculaires. Dans un<br />troisième temps, nous construisons un modèle alternatif et complémentaire aux approches standards~: le modèle de transit. Il s'agit d'un modèle MHD, autosimilaire et qui considère le renversement d'un partie de l'écoulement lorsque le gaz en chute <br />approche de l'objet central. Les résultats montrent notamment que le modèle permet de rendre compte des taux de masses observés lors de la formation des étoiles massives, taux que les modèles standards atteignent difficilement. Le modèle est étudié de façon <br />extensive grâce à une exploration Monte Carlo de l'espace des paramètres et la mise en évidence de deux grandes familles de solutions. Le modèle de transit donne une description à grande échelle de l'environnement proto-stellaire et montre une forte structuration du milieu autant en densité qu'en vitesse. C'est dans un tel milieu que le jet issu du disque d'accrétion se propage, et une étude numérique préliminaire de cette propagation montre que la morphologie et la cinématique du jet est fortement affectée par le milieu ambiant. Nous en déduisons l'importance d'avoir un bonne description de ce dernier et la nécessité de ne pas se contenter des milieux "uniformes et au repos" généralement considérés. <br /><br />La seconde partie est consacrée à la partie nucléaire du rayonnement cosmique Galactique. Ce "rayonnement" est constitué de noyaux qui se sont propagés dans la Galaxie et son halo diffusif, après avoir été accélérés dans les chocs de supernovae. Certains de ces noyaux atteignent la Terre où ils<br />sont détectés. Comprendre la propagation de ces noyaux est essentiel pour remonter, à partir des mesures, aux abondances des noyaux dans les sources. Dans ce travail, nous nous intéressons spécifiquement au cas des noyaux lourds, en connection avec l'expérience UHCRE, et regardons comment la structure locale de la Galaxie, la "bulle locale", affecte la propagation des lourds. Nous trouvons que la sous-densité locale du voisinnage solaire joue effectivement un rôle dans la détermination des abondances sources et que l'effet tend à réduire les différences entre les abondances sources et les abondances solaires des noyaux. Nous donnons enfin dans un dernier chapitre quelques perspectives pour la poursuite de cette étude.

Dans cette thèse, nous étudions les différents aspects des protocoles de communication pour les réseaux mobiles ad hoc. Notre but est d'établir des modèles analytiques pour chacun de ces aspects et de combiner les modèles pour évaluer la performance du système en entier. Nous considérons les protocoles de toutes les couches, à partir de la couche de contrôle d'accès au canal. Nous commençons notre étude avec le protocole IEEE 802.11 et nous démontrons que les délais d'accès au canal suivent une distribution polynomiale. Basés sur ce résultat, nous présentons un protocole inter-couche an d'offrir des garanties de qualité de service de délai dans les réseaux sans l multi-sauts. Le prochain sujet abordé est la scalabilité des protocoles de routage d'état de liens dans les réseaux ad hoc massifs. Nous comparons les résultats théoriques connus sur la capacité des réseaux sans l avec les bornes atteignables quand on tient compte du trac de contrôle des protocoles utilisées. Nous adaptons les bornes théoriques à la communication multicast et nous proposons MOST, un protocole multicast qui atteint des performances asymptotiquement optimales dans les grands réseaux mobiles ad hoc. Ensuite, nous étudions le comportement du protocole TCP et l'impact des délais polynomiaux observés précédemment par rapport aux auto corrélations du trac TCP, toujours dans le contexte de grands réseaux. Finalement, nous nous intéressons à l'organisation et la gestion du réseau, an d'offrir des services de qualité garantie. Notre approche peut être appliquée dans un contexte général et consiste à placer des serveurs répliqués dans le réseau, selon les informations de qualité de service fournies par les couches inferieures.

Après mes travaux de thèse effectués au Laboratoire l'Electricité, Signaux, et Robotique, (LESiR) de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan, devenu depuis Laboratoire des Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), j'ai eu la chance de travailler au sein de différentes équipes de recherche en génie électrique, tout d'abord, en Grande Bretagne, à l'"Electrical Machines and Drives Group" de l'Université de Sheffield, puis à Belfort au Laboratoire d'Electronique, Electrotechnique et Systèmes (L2ES), et enfin au Havre, au sein du Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (GREAH). Ce document me permet de présenter ces travaux afin de solliciter une Habilitation à Diriger des Recherches. Ce mémoire comporte trois parties. Une première partie où sont regroupés mon CV, une présentation de mes activités d'enseignement, d'administration, d'encadrement et de recherche et enfin une énumération des publications auxquelles j'ai participé. Dans la seconde partie, qui constitue le cœur de ce mémoire, une présentation plus approfondie de mes thématiques de recherche sera abordée. Ces thématiques sont regroupées en deux catégories : l'une plus fondamentale, du point de vue des sciences de l'ingénieur, concerne la modélisation des machines électriques, et la seconde plus applicative concerne les machines synchrones à double excitation. Alors que lors de mes travaux de thèse, qui concernaient les machines synchrones à double excitation, j'ai été plus utilisateur que développeur de méthodes de modélisation, je me suis de plus en plus orienté vers le développement de modèles au cours de mon séjour à l'Université de Sheffield et maintenant au GREAH. Les modèles développés sont bien adaptés pour le dimensionnement optimal des machines électriques. Ils sont de deux natures : * modèles analytiques ; * modèles semi-numériques. Les modèles analytiques sont basés sur la résolution formelle des équations de Maxwell dans les régions à perméabilité uniforme. Par modèles semi-numériques on entend les modèles basés sur les réseaux de permeances. La thématique des machines synchrones à double excitation, bien que n'étant pas une problématique fondamentale à proprement dit, permet d'apporter des réponses à des problématiques qui ne le sont pas moins : "défluxage" des machines à aimants permanents, optimisation énergétique, et enfin augmentation du coût des aimants permanents. Cette thématique est essentiellement menée en collaboration avec des collègues de l'équipe Systèmes d'Énergies pour les Transports et l'Environnement (SETE) du SATIE. Enfin, dans la troisième partie un bilan global des activités de recherche est dressé. Ce bilan permettra de revenir sur les points que je considère essentiels de ces activités, et de dégager quelques perspectives aux court, moyen, et long termes.

Cette thèse représente une contribution aux études sur la disponiblité des dispositifs électrotechnique. L'étude présentée vise à définir la méthode de redondance analytique, basée sur l'estimation d'état, la mieux adaptée au diagnostic des entraînements électriques en considérant les défauts de l'ensemble du convertisseur, de la commande et des capteurs. La méthode retenue doit permettre d'obtenir un modèle de diagnostic implantable en temps réel et sans ajout de capteurs supplémentaires. L'application retenue est un entraînement à courant continu commandé en couple. Le chapitre II compare deux modèles analytiques nommés modèles parallèle et permet de retenir un modèle parallèle "découplé" qui permet une bonne détection et une bonne localisation des défauts d'électronique de puissance ainsi que des défauts capteur. Malheureusement les modèles parallèles sont dépendants des entrées perturbatrices du procédé. Les perturbations génèrent donc des fausses alarmes La batterie d'observateur à entrées inconnues mise au point au chapitre III permet de s'affranchir de l'entrée perturbatrice que constitue dans notre cas le couple de charge. Cette technique est moins dépendante, en terme de découplage, du système car l'injection de sortie grace à la matrice de gain permet de disposer de degrés de liberté supplémentaires qui autorisent un réglage des découplages et des sensibilités. Les observateurs (à entrées inconnues) sont donc, à priori, les modèles de diagnostic les mieux adaptés à la à la détection et la localisation de défauts dans les entrainements électriques à courant continu.

Les paramètres de formulation et les conditions de mise en place du béton frais affectent ses propriétés mécaniques et sa durabilité à l’état durci et in extenso la durabilité de l’ouvrage construit. De ce fait, l’ouvrabilité du béton doit être judicieusement choisi selon la géométrie de l’élément à couler et la disposition des armatures. Par exemple, le béton autoplacant (BAP) se met en place sous son propre poids et épouse adéquatement les coffrages sans apport de vibration mécanique. Ainsi le BAP est généralement utilisé pour couler les éléments ayant une géométrie complexe ou difficilement accessible. Le comportement à l’écoulement lors de la mise en place de cette classe de béton peut difficilement être prédit à l’aide des essais empiriques tels que le cône d’Abrams. Par ailleurs, une légère variation des propriétés des constituants peut conduire à un béton avec des faibles performances à l’écoulement. La rhéologie, une branche de la physique qui étudie l’écoulement des fluides, permet une meilleure description des propriétés à l’écoulement des BAP et facilite la compréhension de ce matériau. Le BAP peut être considéré comme une suspension de gros granulats dans un fluide suspendant (mortier). Dans ce cas, des modèles rhéologiques analytiques peuvent être exploités pour prédire les propriétés rhéologiques de ces matériaux et comprendre leur comportement à l’écoulement. Néanmoins, l’applicabilité de ces modèles est fonction de plusieurs paramètres, notamment la nature de la phase suspendante considérée (pâte, mortier de béton équivalent ou mortier), caractéristiques des particules solides, historique de cisaillement de la phase suspendante et de la suspension, etc. Cette recherche exhaustive vise essentiellement à évaluer l’influence de différents paramètres de formulation et d’essais sur les propriétés rhéologiques des BAP afin de comprendre le comportement à l’écoulement de cette classe de béton. Une approche de prédiction des propriétés rhéologiques des BAP simulés par des suspensions diphasiques, c’est-à-dire composés d’une phase suspendante et inclusions solides, est proposée. L’approche diphasique se heurte généralement à la difficulté de définir la phase suspendante. La première phase du programme expérimental est consacrée à une évaluation de l’applicabilité de la méthode de mortier de béton équivalent (MBE) pour prédire les propriétés à l’état frais des BAP. Les résultats obtenus montrent que cette méthode ne fournit pas une bonne corrélation entre les propriétés à l’état frais des BAP et leur MBE. Ceci est dû, en partie, au fait que seule la surface spécifique des gros granulats soit considérée comme critère pour formuler les mélanges de MBE. En effet, les résultats obtenus montrent que le concept de la pâte en excès doit être considéré pour améliorer les relations entre le BAP et son MBE. Ce concept tient compte du volume et de la compacité des gros granulats dans le béton. Bien que l’utilisation de la pâte en excès améliorer l’approche du MBE, mais résulte en des corrélations complexes et difficilement exploitables pour pouvoir appliquer une approche diphasique afin de prédire les propriétés à l’état frais et rhéologiques des BAP en considérant le MBE comme phase suspendante. Pour pallier à cette difficulté, une investigation plus exhaustive de la pâte-mortier/mortier-BAP est nécessaire afin de mieux comprendre la synergie des différents paramètres de formulation et d’identifier la phases suspendante la plus adéquate pour prédire les propriétés du BAP. La deuxième phase de cette étude porte sur l’évaluation de l’effet des caractéristiques des particules solides sur les propriétés rhéologiques des suspensions en exploitant des modèles analytiques, notamment les modèles de Krieger-Dougherty (KD) et de Château-Ovarlez-Trung (COT). Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’effet de la forme et de la granulométrie des particules solides sur les paramètres intrinsèques de ces modèles analytiques. De plus, il est montré que ces paramètres intrinsèques sont considérablement affectés par les paramètres de formulation, le protocole de cisaillement et la concentration de la phase suspendante (i.e. rapport Eau/Liant). Par ailleurs, il est montré que le modèle rhéologique (Bingham ou Herschel Bulkley) choisi pour décrire le comportement de la phase suspendante (pâte) et de la suspension (mortier) est un facteur influent sur les propriétés rhéologiques prédites des suspensions. La troisième phase de cette étude vise l’exploitation des modèles analytiques pour prédire les propriétés rhéologiques tout en identifiant une phase suspendante qui représente le plus fidèlement le BAP. Différentes phases suspendantes (mortier) ont été évaluées, notamment le mortier tamisé, mortier type I et le mortier II. Les corrélations entre les propriétés à l’état frais et rhéologiques des BAP et de différents mortiers ont été établies. De plus, l’effet des paramètres de formulation les plus influents sur les corrélations des propriétés rhéologiques entre les différentes phases ainsi que sur les paramètres intrinsèques des modèles de prédiction ont été mis en évidence. Des modèles sont proposés pour prédire les propriétés rhéologiques des mélanges de BAP en considérant le mortier type II comme phase suspendante.

Comprendre les phénomènes consiste souvent a interroger les modèles mathématiques des systèmes considérés. En particulier. il s'agit d'obtenir par leur intermédiaire des réponses fiables aux questions de type « pourquoi'? ». Nous y réussissons dès lors que les modèles sont acceptables et intelligibles: c'est l'idée directrice de la thèse. Ce double réquisit est ainsi étudié; d'abord dans l'analyse des modèles analytiques puis dans celle des modèles de simulation. Cela a permis dans un premier temps de mettre en lumière le rôle positif des idéalisations dans la compréhension par les modèles analytiques. Puis, dans un second temps, il a été possible d'identifier les conséquences du tournant computationnel. Il demeure en effet un fossé entre le modèle computationnel et ses résultats, il cause, notamment de l'opacité épistémologique des simulations numériques. Or ce fossé semble doublement entraver notre compréhension des phénomènes simulés. En effet, d'une part, certaines difficultés d'ordre épistémologique, qui sont propre à la justification et a l'utilisation des modèles de simulation, contreviennent il leur acceptabilité. D'autre part, puisque la simulation ne peut pas faire l'objet d'une inspection directe, il est difficile pour l'utilisateur de faire la relation entre les résultats de cette simulation et le contenu du modèle : celui-ci devenant par là-même inintelligible. Néanmoins. les représentations visuelles semblent jouer un rôle fondamental en permettant de surmonter le problème de l'opacité des simulations et ainsi d'assurer une fonction explicative. / Understanding phenomena often requires using mathematical models of the target systems. ln particular, this requires obtaining. through them. reliable answers to why-questions. In this context, we achieve understanding once the models are acceptable and intelligible; this is the central assumption in this thesis. This double requirement is thus studied first in the analysis of analytical models. and then in the analysis of simulation models. This study first allowed us to highlight the positive role of idealizations in understanding through analytical models. Next, it allowed for an identification of the consequences of the computational turn. There is in fact a gap between a computational model and its results. partly because of the epistemic opacity of computer simulations. This gap seems to doubly hinder our understanding of simulated phenomena. On the one hand, some epistemological difficulties arise which are specific to the justification and the use of simulation models. These difficulties contravene their acceptability. On the other hand, since simulation is not open to direct inspection. it seems difficult for a user to make the relation between the model content and its results. Nevertheless, visual representations seem to play a fundamental function in allowing us to overcome the opacity issue. and thus to provide us with explanatory elements to our why-questions.