Bien que l'amorçage de fissure joue un rôle important en fatigue, ses mécanismes ne sont pas encore pleinement compris. Des critères d'amorçage basés sur des mécanismes physiques de déformation plastique ont été proposés mais ne sont pas faciles à utiliser et à valider, car ils nécessitent des variables locales à l'échelle du grain. L'étude présente vise à établir un critère d'amorçage en fatigue oligocyclique, utilisable sous chargement d'amplitude variable.Le comportement mécanique de l'acier inoxydable AISI 316L étudié a été caractérisé en fatigue oligocyclique. Il a été modélisé par un schéma autocohérent utilisant une loi de plasticité cristalline basée sur l'évolution des densités de dislocations. L'endommagement de surface a été suivi pendant un essai de fatigue à l'aide d'un dispositif de microscopie optique in situ. Les fissures présentes après 2000 cycles ont été analysées et leurs caractéristiques cristallographiques calculées.Comme les grains de surface montrent une déformation plus importante à cause d'un moindre confinement par les grains voisins, il est nécessaire de définir une loi de localisation spécifique aux grains de surface. La forme proposée fait intervenir une variable d'accommodation intergranulaire, sur le modèle de la loi de localisation de Cailletaud-Pilvin. Elle a été identifiée à partir de simulations par éléments finis. L'état des contraintes et des déformations dans les grains de surface a alors été simulé. Des indicateurs d'amorçage potentiels ont ensuite été comparés sur une même base expérimentale. Deux indicateurs pertinents de l'endommagement en fatigue ont pu être obtenus.

Les fonctionnelles de Minkowski définissent des mesures topologiques et géométriques d'ensembles, insuffisantes pour la caractérisation, des ensembles différents pouvant avoir les mêmes fonctionnelles. D'autres fonctionnelles de forme, géométriques et morphométriques, sont donc utilisées. Un diagramme de forme, défini grâce à deux fonctionnelles morphométriques, donne une représentation permettant d'étudier les formes d'ensembles. En analyse d'image, ces fonctionnelles et diagrammes sont souvent limités aux images binaires et déterminés de manière globale et mono-échelle. Les Voisinages Adaptatifs Généraux (VAG) simultanément adaptatifs avec les échelles d'analyse, structures spatiales et intensités des images, permettent de pallier ces limites. Une analyse locale, adaptative et multi-échelle des images à tons de gris est proposée sous forme de cartographies des fonctionnelles de forme à VAG.Les VAG, définis en tout point du support spatial d'une image à tons de gris, sont homogènes par rapport à un critère d'analyse représenté dans un modèle vectoriel, suivant une tolérance d'homogénéité. Les fonctionnelles de forme calculées pour chaque VAG de l'image définissent les cartographies des fonctionnelles de forme à VAG. Les histogrammes et diagrammes de ces cartographies donnent des distributions statistiques des formes des structures locales de l'image contrairement aux histogrammes classiques qui donnent une distribution globale des intensités de l'image. L'impact de la variation des critères axiomatiques des VAG est analysé à travers ces cartographies, histogrammes et diagrammes. Des cartographies multi-échelles sont construites, définissant des fonctions de forme à VAG.

Les fûts des carter-cylindre des moteurs jouent un rôle fondamental dans la fonctionnalité du moteur et conditionnent ses performances. La texture des surfaces des fûts de carter représente, en effet, une surface " originale " à micro-échelle structurée de façon à répondre aux caractéristiques d'aspect de la surface et à ses propriétés d'anisotropie. Elle comprend des stries plateaux (régions portantes) et des vallées profondes pour retenir et transporter le lubrifiant. Ces surfaces sont générées par le process de rodage. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie robuste pour l'analyse des caractéristiques des surfaces rodées en tenant compte des relations entre les mécanismes d'usure abrasive pendant l'opération de rodage et les modifications multi-échelles des signatures topographiques inhérentes. Ces modifications multi-échelles de la surface sont, par ailleurs, reliées aux conditions opératoires définies pour le rodage des surfaces en harmonie avec le besoin fonctionnel. Cette thèse expose les bases d'utilisation des transformées en ondelettes continues pour étudier la nature multi-échelle de la génération de la topographie de la surface pendant le process de rodage utilisé pour finir les fûts de carter cylindres. La nature multi-échelle du process de rodage est clairement démontrée et constitue un traceur ex situ pouvant expliquer la superposition des signatures inhérentes aux opérations consécutives de rodage. L'implémentation de cette approche multi-échelle dans un environnement de production en série permet de corréler la qualité fonctionnelle du produit et le process de génération des surfaces rodées. Une cartographie de la topologie de la surface est ainsi définie via des spectres d'évolution de la texture de la surface. Elle permet d'analyser l'évolution des modifications texturales induites à chaque étape de rodage et de définir les relations exactes d'enchaînement causes/conséquences de l'intervention des variables process. Différentes applications sont, dès lors, exposées pour la conception process/produit permettant d'analyser l'efficience du process en relation avec le produit et de définir de nouveaux paramètres process de productivité.

Miniaturiser les composants impose des changements radicaux pour l'élaboration des dispositifs micro électroniques du futur. Dans ce cadre, les oxydes de grille MOS atteignent des épaisseurs limites qui les rendent perméables aux courants de fuite. Une solution est de remplacer le SiO2 par un matériau de permittivité plus élevée permettant l'utilisation de couches plus épaisses pour des performances comparables. Dans ce travail nous présentons une modélisation multi-échelle de la croissance par couche atomique (ALD) d'HfO2 sur Si permettant de relier la nano-structuration d'une interface au procédé d'élaboration. Nous montrons que la connaissance de processus chimiques élémentaires, via des calculs DFT, permet d'envisager une simulation procédé qui repose sur le développement d'un logiciel de type Monte Carlo Cinétique nommé "HIKAD". Au delà des mécanismes les plus évidents, adsorption, désorption, décomposition et hydrolyse des précurseurs sur la surface, nous introduirons la notion de mécanismes de densification des couches d'oxyde déposées. Ces mécanismes sont l'élément clé permettant de comprendre comment s'effectue la croissance de la couche en termes de couverture. Mais au delà de cet aspect ils nous permettent d'appréhender comment, à partir de réactions de type moléculaire le système évolue vers un matériau massif. Nous discuterons ces divers éléments à la lumière de résultats de caractérisations obtenus récemment sur le plan expérimental du dépôt d'oxydes d'hafnium.

En synthèse d'images, les scènes tridimensionnelles animées sont de plus en plus riches etdétaillées. Mais elles sont actuellement limitées dans les variations de leur échelle d'observation. Par exemple, créer des modèles permettant une ballade interactive passant continûment d'un atome à une galaxie pose de sérieux problèmes. L'objectif de cette thèse est d'y apporter une solution dans le cadre d'une visualisation temps-réel sur un matériel informatique standard. Tout d'abord, nous montrons pourquoi la modélisation multi-échelle procédurale est particulièrement bien adaptée pour résoudre ce problème. Plus précisément, nous utilisons la modélisation par complexification qui décrit un modèle par une représentation grossière et par un ensemble de fonctions qui lui ajoutent localement des détails jusqu'à satisfaire la précision requise par des critères perceptuels. Nous introduisons une nouveau formalisme basé sur le langage C++ capable de décrire un large éventail de modèles 3D animés sur de grandes variations d'échelle. Nous proposons un outil générique qui implémente ce formalisme appelé DynamicGraph. Cet outil offre d'une part une interface graphique dédiée et d'autre part un algorithme de rendu temps-réel qui évalue effcacement la visibilité et de la précision requise. Nous illustrons par différentes études de cas le potentiel de cette approche.

La structuration et les effets de l'hétérogénéité spatiale des organismes font l'objet d'un questionnement transversal à l'écologie. Leur prise en compte correspond aussi à une préoccupation grandissante pour la conception et l'évaluation des projets de restauration écologique. Le travail qui a été développé au cours de cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Avec comme modèle d'étude un système fortement anthropisé – les digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône – j'ai analysé les liens unissant la structure spatiale des plantes à leurs traits biologiques, en vue de comprendre leurs rôles dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales intégrées au coeur d'un système hiérarchisé. Cette démarche repose sur l'analyse des structures spatiales qui s'étendent du voisinage de la plante au paysage, c'est-à-dire des dimensions géographiques allant du centimètre jusqu'au kilomètre. Dans cette perspective il a été nécessaire de croiser des approches issues des statistiques spatiales, de l'écologie fonctionnelle et de la télédétection. Les résultats obtenus permettent d'expliquer la genèse de structures spatiales végétales, à diverses échelles, à partir de traits biologiques qui interviennent dans la manifestation de processus endogènes (dispersion et interactions biotiques) et/ou dans la réponse des plantes à des facteurs exogènes (conditions environnementales imposées par des travaux de restauration et perturbations). Ils mettent également en lumière 1) le rôle de trois stratégies spatiales dans la structuration des communautés herbacées; 2) des relations variables entre l'agrégation fine de graminées monopolistes et la coexistence des espèces au niveau du voisinage de la plante ; et 3) des relations fortes entre la structure/diversité fonctionnelle des communautés et les propriétés de réflectance de la végétation dérivées d'images aériennes à haute définition. Ceci permet d'établir une continuité entre des assemblages fonctionnels locaux et l'hétérogénéité spatiale de propriétés écosystémiques complexes au niveau du paysage. Une synthèse de cette étude conduit à proposer un modèle conceptuel qui intègre le rôle des structures spatiales végétales, des traits des plantes et de leurs interactions, dans le fonctionnement des communautés végétales en lien avec leurs niveaux adjacents (n+1 : le paysage ; n-1 : le voisinage de la plante). Enfin, les résultats qui ressortent de ce travail ouvrent des perspectives d'application pour l'évaluation et la gestion des projets de restauration.

Afin de pouvoir évaluer les impacts futurs des changements climatiques en Arctique, il faut bien simuler les tendances de ces changements. La comparaison des résultats des modèles climatiques avec les observations est donc capitale pour le développement de modèles climatiques fiables et pour la compréhension de leurs limitations lors des projections futures. Le problème est que seulement quelques modèles couplés sont en mesure de reproduire les tendances majeures de température de surface du 20e siècle (3e Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC-2001). En fait, avec l'augmentation des gaz à effet de serre, tous les modèles climatiques anticipent un maximum de réchauffement en Arctique durant la saison froide. Par contre, même si les observations au cours de la deuxième moitié du dernier siècle suggèrent une tendance au réchauffement en Arctique au cours du printemps, de l'été et de l'automne (Rigor, Colony et Martin, 2000), la région du centre de l'arctique ne permet pas de déterminer une tendance de température durant l'hiver et ce, même si les autres régions près du cercle polaire montre un réchauffement durant cette période (Rigor, Colony et Martin, 2000; Kahl et al., 1993). De plus, certaines observations pour la période 1980-2000 vont même jusqu'à montrer des tendances systématiques de refroidissement durant l'automne et l'hiver, non seulement à l'intérieur du cercle polaire arctique, mais également dans certaines régions du nord de l'Europe, de la Russie et du Canada (Comiso, 2003; Wang et al., 2003; Rigor, Colony et Martin, 2000; Hansen et al., 1999; Chapman et Walsh, 1993; Kahl et al., 1993). La comparaison des différentes configurations du modèle canadien GEM avec les réanalyses ERA 40 et NCEP/NCAR dans la région arctique pour la période 1978-2002 dans le cadre de l'année polaire internationale (API) permet ainsi de vérifier si le traitement de la physique et de la dynamique dans le modèle est adéquat pour représenter les principales tendances et les patrons moyens de la variabilité atmosphérique observés. Elle permet également de vérifier que les principaux processus reliés à la diminution de la neige, de la glace de mer et de l'albédo, sont biens représentés par le modèle. L'étude des différentes configurations de GEM montre que celles-ci sont généralement incapables de reproduire les principaux patrons de tendances et de variabilité atmosphérique sur l'Arctique, en particulier la PNA, la NAO/AO et l'anticyclone de Sibérie. Ceci ce traduit notamment par des différences relativement importantes d'une configuration à l'autre. Le fait que certaines différences persistent également entre les réanalyses NCEP et ERA 40 rend également plus difficile la comparaison et l'identification des principaux patrons et processus. En fait, il ressort à première vue que certaines configurations de GEM éprouvent plus de difficultés par rapport à d'autres pour simuler les tendances négatives de SLP sur le bassin arctique, les fortes tendances positives de SAT le long des côtes continentales au printemps et à l'automne ainsi que les fortes tendances positives de SAT sur l'Europe et l'est de l'océan Arctique. Il apparait de plus que les configurations GEM-LAM surestiment de manière relativement importante les tendances et les variabilités de SLP et de GZ à 500 hPa, en particulier à l'automne et à l'hiver. Par contre, l'ensemble des configurations semblent généralement bien simuler les tendances et la variabilité observées durant l'été. Les configurations de GEM sont de plus en accord avec le fait que les variances les plus fortes au lieu durant l'hiver. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Arctique, modèle canadien GEM, configurations, tendances et variabilité, patrons atmosphériques, vortex polaire, la rétroaction de la vapeur d'eau, la rétroaction glace-albédo-température, la rétroaction déshydratation-effet de serre (RDES)

La plupart des modèles mathématiques introduits dans la littérature biologique décrivant des phénomènes spatiaux de populations en interaction consistent en des systèmes d'équations différentielles ordinaires obtenues sous des hypothèses de dispersion globale, excluant par conséquent toute structure spatiale. Les systèmes de particules, au contraire, sont des processus de Markov d'espace d'états $F^S$ où $F$ est un ensemble fini de couleurs et $S$ est une structure spatiale, typiquement $\Z^d$. Ils sont en ce sens parfaitement adaptés à l'étude des conséquences de l'inclusion d'une structure spatiale sous forme d'interactions locales. Nous étudions les propriétés mathématiques (mesures stationnaires, géométrie des configurations, transitions de phases) de différents systèmes de particules multicolores définis sur $\Z^d$. Chacun de ces systèmes est déstiné à modéliser les interactions locales au sein d'une communauté de populations structurée spatialement. Plus précisément, les processus biologiques étudiés sont la succession écologique, l'allélopathie ou compétition entre une espèce inhibitrice et une espèce sensible, les interactions multispécifiques hôtes-symbiontes, et les migrations continues de gènes des cultures transgéniques par pollinisation en milieu hétérogène. Les techniques mathématiques sont purement probabilistes, incluant le couplage, la dualité, les arguments multi-échelle, la percolation orientée, les propriétés asymptôtiques des marches aléatoires, ou encore les estimations de grandes déviations.

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Dans l'industrie du pneumatique, l'incorporation de nanoparticules de silice dans les élastomères permet d'obtenir des pneumatiques avec des propriétés mécaniques améliorées. D'un point de vue fondamental, deux contributions sont communément invoquées pour expliquer ces changements : (i) une contribution du réseau de charges, fortement dépendante de leur état de dispersion, (ii) une contribution des chaines dont la conformation est potentiellement modifiée en présence du réseau de charges. Cependant, les mécanismes permettant de relier cette structure nanométrique aux propriétés macroscopiques du matériau sont encore mal compris. Dans ce contexte, nous avons synthétisé des systèmes SBR/Silice modèles constituant une première approche de systèmes industriels plus complexes. En modifiant les conditions de dispersion au moyen d'agent de greffage, nous avons obtenu des nanocomposites avec des dispersions variées et reproductibles, avec des organisations multi-échelle. Celles-ci ont été caractérisées finement par l'utilisation combinée de la Diffusion de Rayons X aux Petits Angles (DXPA) et de la Microscopie Electronique en Transmission (MET). La conformation des chaines, déterminée expérimentalement par Diffusion de Neutrons aux Petits Angles (DNPA), n'est pas affectée par un effet à longue distance des charges. La caractérisation quantitative de la dispersion a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant de la compacité des agrégats de silice et de la densité de leur réseau sur le renforcement dans le régime élastique.