Dans le contexte de l'expansion de la téléphonie mobile et de l'Internet de l'année 2000, la conception de systèmes de transmission numériques sur fibre optique atteignant des capacités de l'ordre du terabit/s est envisagée par les équipementiers. Ce travail de thèse contribue à répondre à ce défi technologique, dans le cadre des systèmes terrestres utilisant la technique du multiplexage en longueur d'onde (WDM). Les solutions explorées consistent, premièrement en l'évolution du débit par canal de 10 Gbit/s à 40 Gbit/s puis en l'augmentation de la capacité d'information transmise par unité de bande passante optique jusqu'à 1.28 bit.s-1Hz-1. Les adaptations des systèmes sont préalablement analysées par simulations numériques offrant des règles d'ingénierie et des idées nouvelles puis les résultats de ces analyses sont concrétisés par des expériences de transmission démonstratives allant jusqu'à un multiplexage de 256 canaux à 40 Gbit/s soit une capacité totale de 10 Tbit/s.

Ce travail de thèse vise à progresser dans la compréhension et la prévision des épisodes de pluies intenses en région méditerranéenne. Cet objectif a été poursuivi sous deux angles. Nous avons tout d'abord documenté les propriétés de l'alimentation en vapeur d'eau des systèmes fortement précipitants méditerranéens en identifiant son origine et les caractéristiques de son transport à l'aide de simulations de mésoéchelle. Sur un ensemble de 10 épisodes, diverses sources d'humidité ont été identifiées et leur contribution respective caractérisée. Les trajectoires privilégiées du transport d'humidité depuis les sources extérieures lointaines et au-dessus de la Méditerranée ont été déterminées. Nous avons ensuite cherché à améliorer la description de l'humidité dans les modèles de prévision numérique du temps à échelle convective en proposant de nouveaux opérateurs d'observation plus réalistes pour l'assimilation des radiances satellitaires infrarouges. Cela a permis d'améliorer la simulation des équivalents-modèle de ces mesures dans la bande spectrale vapeur d'eau en filtrant les gradients d'humidité de fine échelle.

Dans cette thèse, nous abordons plusieurs problèmes mathématiques et numériques relatifs aux équations de la viscoélasticité en trois dimensions. Dans la première partie, nous considérons le système linéaire et nous nous intéressons au problème inverse de récupération d'un coefficient viscoélastique. Pour ce système, nous démontrons une inégalité de Carleman (Chapitre 1) et un résultat de stabilité dans le prolongement unique (Chapitre 2). Nous utilisons ensuite ces résultats pour prouver deux inégalités de stabilité pour le problème inverse, l'une relative à une unique mesure interne et l'autre à une unique mesure sur une partie arbitrairement petite de la frontière (Chapitre 3). Finalement, nous proposons une méthode pour résoudre ce problème numériquement et présentons une application en imagerie médicale (Chapitre 4). Dans la deuxième partie, nous étudions le système de la viscoélasticité non linéaire. Nous présentons des méthodes numériques pour le résoudre et l'implémentation de ces dernières en trois dimensions sur des géométries complexes (Chapitre 5). Une application biomédicale à la simulation des déformations des structures cérébrales est ensuite décrite (Chapitre 6). Enfin, nous abordons une question de modélisation en proposant un modèle couplé viscoélastique/viscoplastique en grandes déformations (Chapitre7).

Dans le cas des matrices polymères à fibres, les efforts sont transférées de la matrice aux renforts par une zone tridimensionnelle appelée interphase. Ses propriétés résultent des interactions physico-chimiques des composants. Deux difficultés SE PRODUISENT : tout d'abord, la nécessité d'étudier l'interphase une fois que le composite est fabriqué et en second lieu, sa taille qui varie d'un nanomètre à quelques micromètres. Cette étude a pour but de mettre au point un protocole de caractérisation des propriétés mécaniques d'une interphase d'un microcomposite. Les champs de déformations, obtenus par dérivation numérique des champs de déplacements expérimentaux, sont traités par une approche inverse, telle que la méthode des champs virtuels, pour permettre l'identification des rigidités du matériau composant l'interphase. Deux techniques expérimentales ont été mises en place pour mesurer le champ de déplacement dans l'interphase pendant un essai de traction : une adaptation du moiré interférométrique (résolution spatiale micrométrique) et la corrélation d'images numériques avec un microscope à grande distance frontale (analyse subpixel). Une comparaison est faite entre ces deux techniques pour cette étude. Le champ des déformations est analysé par la méthode des champs virtuels afin de déterminer les paramètres régissant la loi du comportement de l'interphase.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des propriétés structurales et dynamiques, en fonction de la température et de la pression, des structures unidimensionnelles des fullerènes C60 et C70, respectivement de formes sphériques et ellipsoïdales, confinés dans les nanotubes de carbone. Ces nano-hybrides sont communément appelées peapods. La structure des peapods est étudiée à l'aide de la diffraction des rayons X et de la diffraction électronique. La simulation des diagrammes de diffraction permet de déterminer la structure des nanotubes de carbone (rayon moyen (0.7nm), distribution de rayons) ainsi que le taux de remplissage des nanotubes par les fullerènes et le paramètre de maille des chaînes de fullerènes. Dans le cas des peapods de C70, l'orientation des molécules en fonction du diamètre des nanotubes est analysée et la valeur du diamètre « critique » de changement d'orientation est déterminée. Les évolutions de la structure des chaînes de fullerènes (dilatation thermique, polymérisation, coalescence) en fonction de la température et/ou de la pression sont étudiées et comparées pour les deux sortes de fullerènes considérés. Des différences sont observées entre fullerènes C60 et C70 quant à la polymérisation à hautes pressions et températures. Les molécules de C60 polymérisent par cyclo-addition [2+2] dans les nanotubes, mais pas celles de C70, ce résultat étant expliqué par le confinement par le nanotube de carbone. La structure des nanotubes bifeuillets obtenus par la coalescence des chaînes de fullerènes des peapods C60 et C70 à très haute température semble indépendante de la nature des fullerènes. Le rayon moyen des nanotubes internes est estimé à 0.36 nm. Le mécanisme de formation du tube interne est discuté. Finalement la dynamique des peapods est étudiée par diffusion inélastique des neutrons. Une forte mobilité orientationnelle des fullerènes C60 est mise en évidence jusqu'à assez basses températures. Celle-ci est interprétée en considérant le caractère fortement unidimensionnel des chaînes de fullerènes.

Ce travail s'intéresse à l'étude du soudage par faisceau laser de l'alliage de magnésium de désignation AM60. Il concerne un volet expérimental et un autre numérique. L'étude expérimentale vise l'investigation des conséquences métallurgiques et mécaniques du procédé sur l'alliage utilisé et la validation des résultats numériques du modèle thermique développé. En premier lieu, une étude paramétrique a permis de déterminer les paramètres du soudage par faisceau laser CO2 de plaques en alliage AM60 de 3 mm d'épaisseur. En deuxième lieu, la mise en œuvre d'une chaîne d'acquisition de la température, par des thermocouples implantés à proximité du cordon, a permis l'enregistrement de la température en fonction du temps au cours du soudage. En troisième lieu, l'étude métallographique de l'assemblage, a révélé que la structure à gros grain du métal de base est transformée en une structure dendritique au niveau de la zone fondue. Alors qu'au niveau de la zone affectée thermiquement de faible taille, une diminution de la taille de grain de la phase primaire est remarquée. En dernier lieu, la détermination expérimentale des caractéristiques mécaniques a montré une augmentation de la dureté dans la zone fondue et une diminution de l'allongement maximal pour l'assemblage. Mais par contre les caractéristiques de résistance dans la soudure et dans le métal de base sont semblables. L'étude numérique a pour objectif de prédire l'histoire thermique et l'évolution des caractéristiques mécaniques des tôles soudées par faisceau laser. Nous avons développé, sur un code de calcul par éléments finis Cast3M, deux modèles numériques, tridimensionnels non stationnaires et non linéaires. Le premier a permis de simuler la distribution spatio-temporelle de la température. Dans ce cas, le chargement appliqué est dépendant des paramètres du procédé et des caractéristiques du faisceau laser et il est associé à des conditions aux limites mobiles. Les résultats du modèle thermique développé ont été en accord avec les évolutions de la température mesurée expérimentalement. Le deuxième modèle a permis de déterminer la distribution des contraintes et des déformations résiduelles. Pour le modèle mécanique, nous avons considéré un comportement élasto-plastique avec un chargement thermique transitoire qui est le résultat du modèle thermique. L'analyse transitoire non linéaire a permis de prédire l'évolution des contraintes et des déformations en fonction du temps ainsi que la distribution des contraintes et des déformations résiduelles générées dans les pièces soudées par faisceau laser. La comparaison du profil de contraintes résiduelles simulées avec des résultats bibliographiques a conduit à une validation qualitative de valider qualitativement la réponse du modèle mécanique développé.

Le travail présenté dans ce manuscrit trouve son origine dans l'ensemble des recherches menées au laboratoire ondes et acoustique sur la technique du retournement temporel dans le cadre de l'acoustique ultrasonore. C'est dans le but d'appliquer cette technique à la gamme des fréquences audibles que j'ai tout d'abord effectué un stage de DEA, puis ma thèse, sous la direction de Mathias Fink. Une des principales propriétés du retournement temporel est de permettre d'obtenir une focalisation de bonne qualité même lorsque le milieu est complexe, comme cela est le cas par exemple lorsque la propagation est perturbée par un grand nombre de réflexions. Pour cette raison, la première motivation de ces travaux était de concevoir un système capable d'émettre des messages sonores, de parole ou de musique, focalisés spatialement. Ce genre de système aurait par exemple permis d'envoyer des messages dans des langues différentes à différents endroits, serait capable de fonctionner dans des pièces réverbérantes, comme peuvent l'être la plupart des lieux de conférence ou de travail. Malheureusement, les caractéristiques physiques des signaux rencontrés dans le monde de l?audio, qu?il s?agisse de parole ou de musique, rendent délicate, voire impossible, l?utilisation d?un tel système, comme nous pourrons le voir au cours des deux premiers chapitres. Cette observation nous a inspiré deux réflexions : tout d?abord, quelles applications pratiques peut-on trouver à une technique de focalisation en acoustique audible ; ensuite, ces techniques principalement étudiées à des fins d?imagerie dans le domaine ultrasonore, et pas du tout dans le but de transmettre de l?information. Notre deuxième réflexion sera alors de tenter de mesurer la capacité d?une technique de focalisation à transmettre de l?information, y compris dans un milieu complexe du point de vue de la propagation.

Microextensométrie locale par corrélation d'images numériques.

Le Zircaloy-4 est un alliage de zirconium utilisé dans la fabrication des tubes de gainage de combustible nucléaire. Durant la période de fonctionnement, l'oxydation des tubes par l'eau du circuit primaire engendre une diffusion d'hydrogène dans le Zircaloy qui peut ensuite précipiter sous forme d'hydrures de zirconium selon la limite de solubilité de l'hydrogène dans le zirconium à la température considérée. La fragilisation induite par la précipitation d'hydrures dépend de nombreux paramètres, notamment de la teneur en hydrogène et de l'orientation des hydrures par rapport à la sollicitation. Ce travail de thèse a consisté à étudier l'influence de la présence d'hydrures radiaux pour deux teneurs en hydrogène (200 et 500 ppm) à température ambiante, sur les modes de déformation, d'endommagement et de rupture du matériau dans sa finition industrielle, le Zircaloy-4 détendu. Pour cela, des essais de traction sur anneau ont été réalisés, au cours desquels la technique de corrélation d'images numériques a été utilisée pour accéder aux champs de déformation, à l'échelle globale (essais macroscopiques) ou à l'échelle locale (essais in-situ sous MEB). L'étude des champs de déformation macroscopique et des faciès de rupture nous permet de distinguer trois classes parmi les différentes configurations étudiées : d'abord, les échantillons dont la rupture est ductile, ceux pour lesquels elle est fragile et enfin ceux dont la rupture est fragile après déformation ductile. Les champs de déformation locaux en revanche ne sont pas notablement modifiés par la présence d'hydrures. Certaines informations issues des champs de déformation macroscopique ainsi que des données quantitatives sur la distribution d'orientation des hydrures obtenues par analyse d'images, ont permis de formuler un critère de rupture pour le matériau hydruré à 200 ppm. Ce critère basé sur la mécanique de l'endommagement non-couplé permet de reproduire les courbes de comportement obtenues expérimentalement pour les trois distributions d'orientation des hydrures étudiées.

Ce travail porte sur la simulation acoustique temps-réel pour des applications de réalité virtuelle ou les jeux vidéo. Ce type d'application nécessite des temps de calcul considérables, augmentant avec la complexité de la scène et impliquant des difficultés pour le rendu interactif. La simulation d'une scène sonore complexe reste encore difficile à réaliser en temps réel à cause du coût de la gestion indépendante des sources sonores. De plus, la description de la scène sonore nécessite de spécifier la nature et la position de chaque source sonore qui la compose, ce qui est une étape longue et fastidieuse. Dans ce cadre, nous avons étudié la possibilité d'effectuer la simulation acoustique en tirant parti de la puissance de calcul des cartes graphiques de dernière génération.<br />Les résultats montrent que l'architecture hautement parallèle de ces cartes est appropriée pour ce type de calcul, augmentant grandement les performances par rapport aux processeurs actuels. Nous nous sommes intéressés par la suite à développer un algorithme exploitant l'audition humaine, permettant d'effectuer un rendu sonore de la scène en respectant un budget d'opérations donné. Pour cela, l'algorithme évalue une métrique d'importance pour chaque signal à traiter sur des intervalles de temps très fins. Puis il effectue les opérations par ordre de priorité jusqu'à atteindre le budget fixé. Une évaluation subjective a été effectuée pour comparer différentes métriques d'importance.<br />Enfin, nous avons élaboré une méthode alternative d'acquisition de scène sonore qui évite la modélisation individuelle de chaque source. A partir d'enregistrements monophoniques simultanés d'une scène réelle, cette méthode en détache les sources qui la composent. En étudiant les différences de temps d'arrivée des enregistrements sur plusieurs bandes de fréquence, une position est extraite pour la source sonore émettrice la plus présente dans chaque bande. Les composantes de chaque source peuvent ensuite être spatialisées<br />aux positions trouvées. En utilisant ce principe, nous pouvons également rééditer la scène acquise. Par exemple, nous pouvons déplacer ou supprimer une source, ou changer la position de l'auditeur en temps réel. Nous pouvons aussi combiner plusieurs éléments provenant de différents enregistrements tout en assurant une cohérence spatiale globale.