Un réseau acrylate amorphe a été fabriqué au laboratoire. Une caractérisation de ses propriétés mécaniques par des essais quasi-statiques et cycliques en traction uniaxiale à différentes températures a été effectuée. Puis, des essais qualifiant et quantifiant la propriété de mémoire de forme de ce matériau ont été menés en appliquant des cycles thermomécaniques de traction uniaxiale. Durant cette étude expérimentale, plusieurs paramètres d'essais ont été variés afin d'estimer leur influence sur la propriété de mémoire de forme. Enfin, afin d'étendre les applications mémoire de forme des réseaux polymères, deux études supplémentaires ont été conduites. La première vise à la réutilisation du matériau pour des applications mémoire de forme. La seconde étude vise à renforcer le matériau obtenant un matériau composite pour améliorer sa propriété de retour de forme sous contrainte (en retour de ‘'force'').Afin d'améliorer la conception d'applications des polymères à mémoire de forme, un modèle grandes déformations, combinant les propriétés viscoélastiques et l'équivalence temps--température du matériau, a été choisi pour prédire le comportement et la mémoire de forme du réseau acrylate et ses composites. Le modèle existant dans les librairies matériaux du code éléments finis Abaqus permet de simuler numériquement les cycles thermomécaniques appliqués expérimentalement de manière exacte. Les résultats issus des simulations ont montré une bonne représentation des mesures expérimentales, reproduisant les effets des paramètres du cycle de mémoire observés expérimentalement. Une analyse des paramètres du modèle est proposée mettant en évidence la sensibilité de la propriété de mémoire de forme aux propriétés d'équivalence temps-température mesurées expérimentalement. / A chemically crosslinked amorphous acrylate network has been prepared in the laboratory. Its mechanical properties were characterized by quasi-static and cyclic uniaxial tensile tests, while varying the temperature. The shape memory property of the polymer was recognized by the application of specific thermomechanical cycles in uniaxial tension (free-length and constrained-length recovery). During the experimental study, the thermomechanical cycle parameters were varied in order to study their influence on the shape memory behavior. Two additional studies were included to improve the potential applications of shape memory polymers. The first study targeted the use of the material shape memory property for subsequent shape memory cycles. The second study aimed at improving the material shape memory properties during fixed length heating (constrained-length recovery) by adding fillers .In order to improve the shape memory polymers application design, a large strain model, combining the material viscoleasticity and its time-temperature superposition property, was chosen to predict the shape memory behavior of the material. The model features, existing in the material behavior libraries of the finite element code Abaqus, allowed simulating numerically the experimental thermomechanical shape memory cycles. Results of the simulations showed good agreements when compared with the experimental results, reproducing the shape memory cycles influence to loading parameters. A parameter sensitivity analysis revealed the shape memory property dependence on the time-temperature superposition.

La présence de surfaces solides peut modifier l'organisation et le comportement dynamique d'espèces chargées en solution. Dans ce cadre, nous étudions des systèmes chargés de complexité croissante au voisinage d'une surface d'argile par des méthodes numériques. Il convient de choisir une échelle de description appropriée selon les propriétés que l'on cherche à obtenir, tout en limitant le temps de calcul. Modéliser le transport d'ions dans un échantillon d'argile demande de décrire sa structure complexe mais également les interactions entre les particules mobiles considérées comme ponctuelles et les parois solides. Nous proposons un modèle mésoscopique composé d'un système à deux milieux dans lequel le déplacement des ions obtenu par dynamique brownienne est conditionné par la localisation de l'espèce diffusante, les coefficients de diffusion étant extraits de simulations atomiques de dynamique moléculaire. Pour des espèces chargées non ponctuelles comme un polyélectrolyte, le système peut être simplifié en construisant un modèle à gros grains qui permet d'avoir accès aux échelles de temps adaptées à la diffusion par dynamique de Langevin. Deux cas sont envisagés, avec une description explicite ou non des contre-ions, et les paramètres sont calibrés sur des simulations atomiques. En revanche, pour des molécules chargées complexes comme les nucléotides, une description tout atome est nécessaire pour tenir compte des interactions spécifiques qui émergent de la structure locale de la molécule. Les simulations de métadynamique permettent alors d'accéder aux grandeurs liées aux phénomènes « rares » comme l'adsorption des molécules sur la surface d'argile. / The presence of solid surfaces can modify the organization and the dynamics of charged species in solution with potential applications from the transport of polluants to formation of the firt biopolymers. We study charged systems with increasing complexity in the vicinity of a clay surface by numerical methods. The level of description should be adapted according to the relevant properties while limiting calculation times. Modeling the transport of ions in a clay sample requires to describe its complex structure but also the interactions between the mobile particles considered as punctual and the solid walls. We propose a mesoscopic model composed of a two-media system in which the displacement of the ions obtained by Brownian dynamics is conditioned by the localization of the diffusing species whith the diffusion coefficients being extracted from atomic simulations of molecular dynamics. For non-punctual species such as polyelectrolytes, the system can be simplified by constructing a coarse-grained model that allows to gain access to time scales adapted to diffusion phenomenon thanks to Langevin dynamics simulations. Two cases are considered, with an explicit or non-explicit description of the counter-ions, and the parameters are calibrated on atomic simulations. However, for complex charged molecules such as nucleotides, an atomic description is necessary to take into account the specific interactions emerging from the local structure of the molecule. Then, metadynamics simulations give quantities related to "rare" phenomena such as the adsorption of molecules on the surface of clay.

Ce document traite des aspects différents de la modélisation moléculaire d'une protéine de la matrice extracellulaire. Le domaine de signature des thrombospondines est étudié en détail dans ce document en faisant appel aux champs variés de la science. La complexité de ce domaine nécessite l'utilisation des approches de la mécanique quantique moléculaire en plus de la dynamique moléculaire classique. En reliant les deux approches un nouveau algorithme a été développé afin d'attribuer des charges partielles à partir des résultats obtenus par des méthodes ab-initio. Pour implémenter cet algorithme d'une façon efficace, les nouvelles méthodes de la programmation massivement parallèle ont été utilisées qui nous permettent entre autres de faire tourner cet algorithme sur les procsesseurs graphiques. Nous avons également utilisé et développé des nouvelles méthodes de la visualisation moléculaire rapprochant l'art à la science. En plus, de ces développements nous avons obtenus des résultats intéressants sur la dynamique du domaine de signature. Nous avons pu identifier les ions échangeables de ce domaine. Nous avons vérifié et élargie les modèles existants de la thrombospondine dans des concentrations faibles de calcium. En utilisant la dynamique moléculaire nous avons également évalué des sites importants de fixations pour le développement de nouveaux médicaments contre le cancer. / This document deals with the various aspects of molecular modeling of a protein in the extracellular matrix. In this work the thrombospondin signature domain is studied in detail, using various methods from different fields of science. Due to the complexity of the protein, a classical molecular dynamics and a quantum molecular approach is chosen to gain insights into the thrombospondin signature domain. During this process a new algorithm that allows to derive partial charges from ab-initio calculations has been developed. In order to run this algorithm in an efficient way new programming techniques, such as massive multiparallel programming on graphics processors has been used. Further new visualization methods have been either tried or developed effectively generating a new kind of art from the scientific results that have been obtained in this project. Besides these developments several interesting insights into the dynamics of thrombospondins have been revealed. We were able to identify the exchangeable ions within the thrombospondin signature domain, and were further capable to verify and extend existing models for a low calcium signature domain structure. Binding sites important for cancer drug design have also been evaluated using the molecular dynamics simulations.

Le siècle dernier a vu le développement de la physique des particules, avec la fondation du célèbre modèle Standard de la physique des particules. Plus spécifiquement, durant les 70 dernières années de nombreuses particules ont été détecté et étudié. Parallèlement à ces découvertes, les moyens expérimentaux et les détecteurs ont grandement évolué. de la simple chambre à bulles de l'expérience Gargamel, qui a posé la première brique expérimentale du modèle standard, aux détecteurs complexes d'aujourd'hui tel que le LHC. Durant le développement de nouveaux détecteurs, nous pouvons distinguer deux grandes catégories: les détecteurs dits Solid State et les détecteurs gazeux. La première englobe les détecteurs tels que les Cherenkov ou les scintilateurs tandis que les derniers utilisent un gaz comme moyen de détection.Les détecteurs gazeux ont aussi grandement évolué durant le siècle dernier, des tubes Geiger-Muller au chambres à étincelles ou Pestov, qui peuvent faire face aux taux de détections toujours grandissant des accélérateurs de particules. The Parallel Plate Avalanche Chamber est un détecteur gazeux similaire mais fonctionne en mode avalanche, où les signaux électriques sont produits par une multiplication contrôlée des électrons dans le gaz. Les autres détecteurs susmentionnées fonctionnent eux en mode étincelle, où le signal détectée est produit par une décharge électrique dans le gaz.Le mode avalanche permets un taux de détection encore supérieur mais au prix de signaux électriques beaucoup plus faibles. Au début des années 80 un nouveau type de détecteur gazeux commence à se développer, les Resistive Plate Chambers. Ce détecteur présente la particularité de pouvoir fonctionner en mode étincelle ou avalanche, selon le design. Utilisé en mode avalanche, ils présentent un taux de détection particulièrement intéressant au prix de signaux électriques faibles, nécessitant un circuit d'amplification dédié. De nos jours les Resistive Plate Chambers sont très largement utilisés dans de nombreuses expériences de physique des particules, notamment pour leurs performances intéressantes et leur prix contenu. Malgré leur usage répandu, les Resistive Plate Chambers n'ont pas été beaucoup étudié d'un point de vue modélisation et simulation. La simulation d'un détecteur est un outil essentiel pour leur développement et leur fabrication, permettant de tester un design et calculer les performances que l'on est en droit d'attendre. Dans les travaux présentés dans ce document nous nous sommes intéressés à la description des différents phénomènes physiques se produisant durant une avalanche électronique au sein d'un Resistive Plate Chambers fonctionnant en mode avalanche, dans le but de les modéliser et simuler. Nous décrivons un modèle détaillé pour le processus d'ionisation, qui est l'évènement fondamental pour tout détecteur gazeux. Nous décrivons aussi un modèle mis au point par Riegler-Lippmann-Veenhof pour le développement d'avalanche électronique. Une simulation C++ a été produite dans le contexte de cette étude et quelques résultats sont présentés. / The 20th century saw the development of particle physics research field, with the fundationof the famous Standard Model of particle physics. More specifically during the past 70 years numerous particles have been detected and studied. Alongside those discoveries, the experimental means and detectors has greatly evolved. From the simple Gargamel bubble chamber, which lay the first brick to the Standard Model theory, to the nowadays complex detectors such as the LHC. In the development of newer particles detector, one can distinguish two big categories:the solid state detectors et the gaseous detectors. The former encompass detectors suchas Cherenkov and scintillator counters while the later make use of gases as detection medium. The gaseous detectors have also greatly evolved during the past century from theGeiger-Muller tube to the spark or Pestov chambers, which can cope with the increasing detection rate of particles accelerator. The Parallel Plate Avalanche Chamber is a similar gaseous detector but operates in avalanche mode, where the detected signal is producedby a controlled multiplication of electrons in the gas. The aforementioned detectors were operated in spark mode, where the detection is made through a spark discharge in the gas.The avalanche mode allows even greater detection rates at the expense of signal amplitude. In early 80s a new gaseous detector design began to emerge: the Resistive Plate Chambers.This detector has the particularity to operates in spark or avalanche mode depending on its design. Operated in avalanche mode, they present an impressing detection rates at the expense of very small electric signals, requiring dedicated amplification circuitries. Nowadays the Resistive Plate Chambers are widely used in numerous experiments worldwide,because of their interesting performances and relatively small price. Despite their widespread usage, the Resistive Plate Chambers have not been extensively studied from a simulation and modelisation point of view. Simulation of a detectoris an essential tool for its development and construction, as it allows to test a design and predict the performances one may get. In this work we focused on the description of the physics phenomenons occuring during an electronic avalanche inside a Resistive Plate Chambers operated in avalanche mode, in order to properly modelise and simulate them. We review a detailed model of the ionisation process, which is the fundamental event in any gaseous particle detector, alongside theRiegler-Lippmann-Veenhof model for the electronic avalanche. A C++ simulation has been produced in the context of this work and some results are presented.

L'évolution est-elle prédictible? Alors que la réponse habituelle est un non presque unanime, un corpus croissant de connaissances suggère qu'il est temps de revoir cette réponse. Même si les mutations sont toujours considérées comme aléatoires, la détection de patterns génétiques sous-jacents aux événements évolutifs ouvre la porte sur des stratégies potentielles permettant de prévoir les trajectoires évolutives suivies par les organismes lorsqu'ils s'adaptent à des contraintes changeantes. Quand les organismes subissent une spécialisation fonctionnelle (à travers la perte de gènes et de fonctions) pour s'adapter à des signaux environnementaux donnés, les trajectoires évolutives possibles qu'ils peuvent emprunter sont restreintes et devraient donc être plus facilement prévisibles. Dans ce contexte d'évolution réductive par spécialisation, les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'interaction entre contraintes environnementales, métabolisme, évolution génétique et adaptations fonctionnelles, et dans un deuxième temps de prédire, pour des contraintes données, les trajectoires évolutives qui seront suivies par les organismes pour s'adapter à ces contraintes. Une première approche met l'accent sur l'importance des interactions biotiques en tant que déterminants des trajectoires évolutives, et comment, en modélisant une hausse bénéfique de dépendance envers un bien commun, il est possible de prédire la dynamique d'une population subissant de tels évènements évolutifs. Une deuxième approche étudie comment les changements observés au niveau métabolique et fonctionnel et engendrés par des modifications de contraintes environnementales pourraient être prévus et testés. Sur la base d'une vision centrée sur le métabolisme, des travaux de modélisation et des travaux d’expérimentions ont été combinés pour étudier l'évolution de la spécialisation aux niveaux génétiques, métaboliques et fonctionnels. Nous montrons que les trajectoires évolutives suivies peuvent-être partiellement prédites en fonction de conditions environnementales spécifiques, mais que ces prédictions sont limitées en raison de la complexité du réseau de l'expression génétique. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire augmente les connaissances sur les déterminants évolutifs et les trajectoires suivies par l'organisme au cours d’un phénomène de spécialisation. Il démontre également un grand potentiel de prédiction, notamment grâce à une perception métabolique des systèmes. / Is evolution predictable? While the usual response is an almost unanimous No, a growing corpus of knowledge suggests it is time to seriously revisit this answer. Even though mutations are still assumed to be random, the detection of genetic patterns underlying evolutionary events opens the door on potential strategies to forecast the evolutionary trajectories followed by organisms when they adapt to changing constraints. When organisms undergo functional specialization (through genes and function loss) to adapt to given environmental cues, the possible evolutionary paths they can take are restrained and should thus be more easily predictable. In this context of reductive evolution through specialization, the objectives of this thesis are to understand better the interaction between environmental constraints, metabolism, genetic evolution and functional adaptations, and in a second time to predict, for given environmental constraints, the evolutionary trajectories which will be followed by organisms to adapt to these constraints. A first approach focuses on the importance of biotic interactions as being determinants of evolutionary trajectories, and how by modelling a beneficial rise of dependency on a common good, we could predict the dynamic of a population undergoing such evolutionary events . A second approach investigates how changes entailed in metabolisms and functions by a change in environmental constraints could be forecast and tested. Based on a metabolic-centered view, we combined modelling and experimental work to encompass the evolution of specialization at the genetic, metabolic and functional levels. We show that evolution trajectories can partially be predicted according to specific environmental conditions, but that these predictions are limited due to the intricacy of the genetic expression network. This exploratory and interdisciplinary work increases the knowledge on evolutionary determinants and trajectories followed by organism during specialization. It also demonstrate a great potential for predictions, notably through a metabolic perception of the systems.

Ma thèse s’est concentrée sur les conséquences qu’ont les choix de modélisation de l’émission de la poussière sur ses propriétés déduites dans les galaxies proches.Une première étude a montré que tous les modèles ne reproduisent pas des observations de deux galaxies proches de façon satisfaisante, bien que tous reproduisent l’émission IR de la Voie Lactée. Cela a aussi mis en évidence que la composition de la poussière est différente d’une galaxie à l’autre, et différente de celle de la Voie Lactée. Le choix de l’environnement des grains, à travers la description du champ de rayonnement qui chauffe ces grains, impacte significativement les résultats tels que la masse totale de poussières. Une deuxième étude s’est concentrée sur les biais systématiques dus à l‘emploi de lois empiriques de mélange pour décrire le chauffage de la poussière. J’ai montré que les masses déduites peuvent être sous- ou surestimées, bien que les ajustements aux données apparaissent raisonnables. Les résultats de cette thèse montrent alors qu’il est nécessaire de prendre en compte les choix de modélisation pour déterminer au mieux les propriétés des poussières dans les galaxies proches. / My thesis focused on the implications of dust emission modelisation choices on its derived properties in nearby galaxies. A first approach showed that all models do not fit observations of two nearby galaxies adequately and similarly, although they all managed to fit the Milky Way infrared emission. It also highlighted that the dust composition is not the same between those two galaxies, and also with that of the Milky Way. The choice of the dust grains environment, through the incident radiation field, can significantly impact results like the total dust masses. A second project investigated the systematics errors due to the empirical laws used to describe the radiation field that heats the dust grains. I showed that some parameters can be over- or underestimated, while showing good fits to the observations. These results show that it is important to take into consideration the choices made for modelisation in order to accurately determine dust properties in nearby galaxies.

L'imagerie électrique est un outil de plus en plus important pour un large domaine d'applications relatives à la caractérisation de la subsurface proche. D'importants développements ont été réalisés au cours des vingt dernières années pour l'amélioration des systèmes d'acquisitions et des algorithmes d'inversions. L'acquisition et le traitement de gros jeux de données reste toutefois une tâche délicate, en particulier en présence de topographie. Afin d'améliorer la gestion de la topographie, nous avons développé un nouvel algorithme d'inversion électrique 2.5D et 3D. Nous avons proposé deux nouvelles formulations pour supprimer la singularité à la source. Le problème direct est résolu en utilisant la méthode des Différences Finies Généralisées et des maillages non structurés, permettant une représentation précise de la topographie. Le code d'inversion utilise la méthode de l'état adjoint pour calculer le gradient de la fonction objective de manière économique. Cette approche a donné de bons résultats avec des données synthétiques. Les premiers résultats sur des données réelles ont permis de retrouver les principales structures de la subsurface, ainsi que plusieurs zones de faibles résistivités pouvant correspondre à des zones fracturées. / DC resistivity imaging plays an important role for a wide range of applications related to the characterization of the shallow subsurface. Major developments have been made over the last two decades to improve acquisition systems as well as resistivity inversion. Nevertheless, large-scale data sets still represent a challenging task, in particular with arbitrary topography. In order to better take into account topography, we have developed a new 2.5D/3D tomographic inversion code. Two new formulations for the singularity removal have been proposed. The direct problem is solved in the framework of the Generalized Finite Differences Method, that allows the use of unstructured meshes yielding a fine represention of topography. The inversion code uses the adjoint state method to compute the gradient of the misfit function in a numerically efficient way, giving goodresults on synthetic data. First results on real data have shown the main subsurface structures, as well as several low resistivity zones possibly corresponding to fractured areas.

Ce travail présente un modèle orienté vers le développement d’un simulateur pour un moteur diesel marin. Dans le but d’avoir un simulateur qui répond aux besoins du moteur étudié au niveau de l’efficacité, la rapidité, et la prise en considération des défauts, le modèle étudié est basé sur des modélisations physiques, semi physique, empirique, mathématique et thermodynamique. Le modèle du moteur est divisé en plusieurs sous-modèles chacun présente un système réel, ces systèmes sont : le refroidissement, la lubrification, l’air, l’injection, la combustion et les émissions. Les sous-modèles et les caractéristiques dynamiques du chaque bloc sont conçus en respectant les équations principales du fonctionnement du moteur ainsi que les données expérimentales collectées du banc d’essai du moteur marin diesel fabriqué par la société SIMB sous la référence 6M26SRP1. Ce modèle a été implémenté sur Matlab/Simulink, et la simulation calcule les variables suivantes : pression, température, efficacité, échange de chaleur, angle de vilebrequin, débit du fuel et émissions, et ceci dans les différentes sous-blocs. Le simulateur est utilisé pour montrer la performance du moteur lors de l’occurrence des défauts et peut aider dans l’application des stratégies d’optimisation pour le dimensionnement, de diagnostic et de pronostic. / This work presents a simulator model of a marine diesel engine based on physical, semi-physical, mathematical and thermodynamic equations, allowing fast predictive simulations. The whole engine system is divided into several functional blocs: cooling, lubrication, air, injection, combustion and emissions. The sub-models and dynamic characteristics of individual blocs are established according to engine working principles equations and experimental data collected from a marine diesel engine test bench for SIMB Company under the reference 6M26SRP1. The overall engine system dynamics is expressed as a set of simultaneous algebraic and differential equations using sub-blocs and S-Functions of Matlab/Simulink. The simulation of this model, implemented on Matlab/Simulink has been validated and can be used to obtain engine performance, pressure, temperature, efficiency, heat release, crank angle, fuel rate, emissions at different sub-blocs. The simulator is used to study the engine performance in faulty conditions, and can be used also to assist marine engineers in FDI (fault detection and isolation) as well as designers to predict the behavior of the cooling system, lubrication system, injection system, combustion, emissions, in order to optimize the dimensions of different components.

L'objectif de ce travail consiste à réaliser un système dynamique d'aide aux déplacements multimodal pour les voyageurs équipés d'un système d'information tout en prenant en considération les usagers non équipés de ce type de système. Le travail est alors divisé en deux parties: Une partie conception et développement et une partie étude. La partie développement consiste à construire l'outil informatique d'aide aux déplacements grâce à une modélisation multi-agent et qui renvoie à l'usager un itinéraire qui satisfait ces besoins et ceux du réseau. La partie étude quant à elle, consiste en une approche plus théorique qui consiste à déterminer l'impact de l'information sur les coûts des itinéraires, l'impact de la réorientation des usagers vers les transports en commun sur le réseau routier ainsi que l'intérêt de passer vers des véhicules autonomes / The objective of this work consists on the realization of a dynamic guidance system in a multimodal network for users equipped with an information device while taking into account users that are not equipped with such devices. The work is organized into parts: a conception part and a theoretical study part. The conception part consists on the development of the guidance tool using a multi agent architecture. This tool assists users in their daily travels by giving them the itinerary that suits best not only their needs but also the overall network. The theoretical study emphasizes on how the performance of the network can be enhanced. To do so, three main studies will be presented: the impact of the information on the cost of the itineraries, the impact of the reorientation of users towards transportation systems on the road network and finally the benefits of introducing autonomous vehicles

Comme toute articulation fonctionnelle, l’articulation interphalangienne proximale(IPP) est la cible de lésions ou de pathologies pouvant compromettre les fonctions globales de la main. Les principaux objectifs d’une arthroplastie digitale sont de restituer la fonction et la stabilité de l’articulation et de réduire ou supprimer la douleur de manière durable. Le présent travail de thèse porte sur le développement et la modélisation de deux concepts prothétiques pour l’articulation IPP : une prothèse semi-contrainte en alliage de nickel-titane et une prothèse de resurfaçage. Outre le travail de dimensionnement, des essais de fatigue et d’usure sont conduits sur les deux implants. Des études complémentaires à chaque concept sont présentées. Celles-ci portent en premier lieu sur la mise en forme et les traitements thermiques de la prothèse semi-contrainte accompagnées d’une étude de relargage de nickel et une investigation sur les mécanismes mis en jeu. Enfin, une modélisation par éléments finis de l’interaction entre une prothèse articulaire et son environnement osseux est présentée de manière à évaluer la stabilité primaire des implants / As any functional joint, the proximal interphalangeal joint (PIP) is the target of hurts or of pathologies which can compromise the global functions of the hand. The main objectives of a digital arthroplasty are to restore the function and the stability of the joint and to reduce or suppress the pain in a long-lasting way. The present work of thesis concerns the development and the modeling of two concepts of PIP prostheses: a semiconstrained prosthesis made of nickel-titanium alloy and a resurfacing prosthesis. Besides the work of sizing, fatigue and wear tests are done on both implants. Additional studies are presented for each concept. First, we focus on the shaping and the heat treatments of the semi-constrained prosthesis accompanied with a study nickel ion release and an investigation on the involved mechanisms. Eventually, a finite element modeling of the interaction between the prosthesis and the surrounding bone is presented to estimate the primary stability of implants