La résolution d’équations différentielles de divers degrés de complexité est nécessaire afin de simuler tous les phénomènes présents dans les écoulements complexes de turbomachine et en particulier les effets hors équilibre qui peuvent y jouer un rôle prépondérant. Aujourd’hui, seule l’approche LES (Large Eddy Simulation) sous forme totalement compressible permet d’obtenir avec une précision satisfaisante la physique associée aux écoulements réactifs et turbulents en géométrie complexe. Le travail porte sur la modélisation numérique et physique des échanges thermiques en proche paroi. Ce travail de thèse s'est appuyé sur le projet Européen COPA-GT dédié à la simulation numérique et multi-physique d'un moteur complet. / The resolution of differential equations of diverse degree of complexity is necessary to simulate the phenomena present in the complex turbomachinery flows and in particular, requires accounting for unsteady effects that may have a preponderant role. Today, only the LES (Large Eddy Simulation) fully compressible approach has the required accuracy to predict the physics associated to reactive and turbulent flows in such complex geometries. This work covers the numerical modelling of physics in the near-wall region of a high-pressure turbine blade with special focus on thermal predictions. This work was supported by the European project COPA-GT, dedicated to the numerical multi-physics simulation of a complete gas turbine.

Une technique de corrélation d’images numériques (DIC) a été adaptée à l’étuded’échantillons de glace polycristalline colonnaire, afin de caractériser le développementdes hétérogénéités de déformation à une échelle intragranulaire au cours du fluage transitoireen compression. Ces hétérogénéités sont dues à la grande anisotropie viscoplastiquedu cristal de glace (avec un seul plan de glissement facile pour les dislocations), qui estresponsable d’interactions fortes entre les grains voisins lorsque l’échantillon se déforme,et de la mise en place de fortes contraintes internes. L’orientation particulière des plans deglissement et la structure colonnaire des échantillons, sans gradient de microstructure dansl’épaisseur, permet de considérer la déformation plastique essentiellement dans le plan.Les champs de déformation mesurés en surface peuvent donc être considérés en premièreapproximation comme représentatifs de tout le volume de l’échantillon. Les orientationscristallographiques, et désorientations locales à l’échelle intragranulaire, ont également étémesurées avec un analyseur optique de texture, avant et après déformation.De très fortes localisations de la déformation sont mises en évidence par la DIC;les déformations équivalentes locales peuvent atteindre plus de dix fois la valeur macroscopique.La structure des motifs de localisation évolue peu durant le régime de fluagetransitoire et elle est caractérisée par des bandes de localisation qui traversent l’échantillonobliquement, sur des distances allant jusqu’à dix fois la taille des grains. La corrélationentre le facteur de Schmid du plan de glissement d’un grain et sa déformation locale esttrès faible : l’agencement local des grains et les interactions intergranulaires jouent doncun rôle primordial dans la distribution spatiale des déformations. A l’échelle du grain, lesfortes désorientations de réseau ont été associées aux composantes locales du déplacement.On a montré en particulier que les distorsions sous forme de ”bandes en genou” (ou kinkbands) étaient corrélées à un déplacement le long de l’axe c du grain, mesuré par DIC.Les microstructures expérimentales ont été implémentées dans un modèle plein champFFT qui simule le comportement élasto-viscoplastique des polycristaux (code CraFT).Les champs de déformation simulés présentent globalement les mêmes caractéristiquesque les champs expérimentaux. En particulier, la majorité des zones de localisation dela déformation sont bien reproduites, spatialement et en intensité. Cependant, il n’a pasété possible de reproduire le comportement macroscopique des échantillons à la décharge.La déformation retardée effective est d’un ordre de grandeur inférieure à celle mesuréeexpérimentalement. Il est probable que cette limitation soit liée à l’e↵et du champ descontraintes internes, généré par la structure des champs de dislocations, et qui n’a pas étépris en compte dans la loi de comportement. / A Digital Image Correlation (DIC) technique has been adapted to polycrystalline icespecimens in order to characterize the development of strain heterogeneities at an intra-granular scale during transient creep deformation. These heterogeneities are due to thestrong viscoplastic anisotropy of the ice single crystal (with only one easy glide planefor dislocations), inducing strong mechanical interactions between adjacent grains duringdeformation, and the establishment of strong internal stresses. Specimens exhibit a co-lumnar microstructure so that plastic deformation is essentially 2-D with few in-depthgradients, and therefore surface DIC analyses are representative for the whole specimenvolume. Local misorientations at the intragranular scale were also extracted from mi-crostructure analyses carried out with an automatic texture analyzer before and afterdeformation. Highly localized strain patterns are evidenced by the DIC technique. Localequivalent strain can reach values as high as one order of magnitude larger than the ma-croscopic average. The structure of the strain pattern does not evolve signicantly withstrain during the transient creep regime. Almost no correlation was measured betweenthe local strain and the Schmid factor of the slip plane of the underlying grain ; thishighlights the importance of the mechanical interactions between neighboring grains. Atthe grain scale, the strong lattice misorientations have been associated to the local com-ponents of the displacement. In particular, kink band distortions could be correlated to adisplacement along the c-axis measured by DIC. The experimental microstructures wereintroduced into a full-eld FFT model that simulates the behaviour of elasto-viscoplasticpolycrystals (CraFT code). The simulated deformation elds present globally the samecharacteristics as the experimental ones. Most of the localization bands are well repro-duced, spatially and quantitatively. However, we could not reproduce the macroscopicbehaviour of the specimens upon unloading. The predicted recovery eective strain is oneorder of magnitude lower than the measured one. This limitation might be linked withthe internal stress eld induced by the dislocation structure, which is not explicitly takeninto account in the local constitutive relation.

Comprendre le processus de formation stellaire est un objectif majeur en astronomie. Sur ce sujet les observations ne donnent que très peu d'information, et les modèles numériques sont donc naturellement privilégiés. De tels modèles s'attachent à suivre la dynamique du gaz, sous l'effet de processus physique variés, ce qui nécessite un temps de calcul très important et ne permet pas de modéliser l'évolution au delà de 0.2 Myr environ. Or les résultats observationnels sont essentiellement issus du champ galactique proche, des amas évolués, voire des regions jeunes ou associations d'étoiles, dont l'âge peut varier de 1 Myr à quelques Gyr. Par conséquent, il est nécessaire pour comparer les résultats des modèles aux observations de comprendre ce qu'il se passe durant cet intervalle de temps. La formation stellaire tend à produire des étoiles en groupes, à partir de l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire turbulent. A mesure que les étoiles se forment, le gaz est éjecté et l'évolution est dominée par les interactions gravitationnelles. Suivre l'évolution sous l'effet de ces interactions est couramment utilisé afin de contraindre les modèles et de mieux comprendre l'origine des populations stellaires observées. Les étoiles se forment en sous-groupes ou structures hiérarchisées, qui peuvent ensuite fusionner pour donner des amas stellaires proche des amas ouverts, ou au contraire finir en associations distinctes. Dans ma thèse, je me suis intéressé à l'évolution dynamique de petits groupes d'étoiles, jusqu'alors peu étudiés par rapport aux groupes à 1000 ou 10^4 étoiles. J'ai simulé l'évolution de groupes à N < 100, dans le but d'en étudier la dynamique d'un point de vue statistique, grâce notamment au grand nombre de simulations effectuées, et afin d'identifier les signatures observationnelles propres à une situation initiale donnée. A partir d'un grand nombre de configurations initiales (avec N=20, 50, 100, un rayon typique de 0.025 pc à 1 pc) et 500 simulations par configurations, j'ai étudié l'évolution dynamique de groupes composés d'étoiles de même masse ou comprenant un spectre de masse, et sans population de binaire initiale. L'évolution de tels groupes s'est révélée similaire à celle de groupes plus grands, mais avec une phase d'effondrement plus rapide et surtout moins prononcée. Je décris le comportement moyen menant à une lente expansion de l'amas, ainsi qu'une voie d'évolution très différente, apparaissant dans 17% des cas étudiés, où l'amas est complètement dispersé suite à l'éjection d'une binaire centrale serrée. J'ai également recherché dans quelle mesure les données en densité et en vitesse 3D pouvaient permettre d'identifier l'état dynamique initial d'un groupe. L'utilisation de ces seules données suffisait dans certain cas à déterminer la densité initiale, mais elles devraient être complétées par des données concernant la population de binaire. Ce travail pourra être mis en application pour étudier l'origine dynamique d'association ou de groupes stellaires connus. Enfin, j'ai effectué un grand nombre de simulations numériques dans le but de reproduire l'état observé de l'amas eta Chamaeleontis par pure évolution dynamique à partir de conditions initiales standards. Cette association présente des caractéristiques d'amas évolué, telle que son spectre de masse pauvre en objets de faible masse et l'absence de binaires larges. Je montre que ces propriétés ne peuvent pas être reproduites uniquement par la dynamique, et sont donc les traces d'un processus de formation non standard. / Understanding the star formation process is a key issue in astronomy. Since direct observation provide only very limited information, this issue is investigated by models. Such models need to take into account complex physical processes while following the gas dynamics, so that simulations need a lot of time to run and do not follow the star formation process for longer than 0.2 Myr. The best known observational results concerns the field population, evolved open clusters or younger clusters or associations, which are between 1 Myr and a few Gyr old. Therefore in order to compare the results from models to known observations, we need to bridge the gap between the two. Star formation appears to produce groups of stars from the collapse of turbulent molecular clouds. As stars form, the gas is progressively ejected from the cluster, and the evolution is dominated by gravitational interactions. Following the dynamical evolution of a group of star using N-Body codes is a standard way used to constraint the models and understand the origin of the different populations. Star formation may produce sub-structure or small groups that merge to form bigger entities, or end up as loose association. In my thesis I focused on the dynamics of small groups, that have not been investigated as thoroughly as 1000 or 10^4 star groups. I performed N-Body simulations of small stellar groups, with N<100, in order to study their dynamics using a statistical approach, made possible by running a large number of simulations, and to find some observational signatures of given initial conditions. This approach enable to take full account of stochastic effects due to dynamical interactions. Using a large number of initial configurations (with N=20, 50, 100, a typical radius from 0.025 pc to 1 pc) and a sample of 500 simulations per configuration, I looked at equal mass groups as well as groups having a mass spectrum, without any binary initially. Such small groups show similar evolution to bigger groups, but with faster and less pronounced collapse phase. I described the average behaviour of slow expansion of the cluster, and an alternative evolution, occurring with 17% probability, that ended in the complete dissolution of the group due to ejection of a central binary. Searching for a way to identify the initial configuration from observational measure, I looked at the complementarity of density and 3D velocity and was able to show that it could be sufficient in some cases to determine the initial density. Further investigations are needed to take into account the information on the binary population and will be used to investigate the formation of known associations or young regions. Finally, I ran a large number of simulations, aiming at reproducing the observed state of the eta Chamaeleontis from standard initial conditions and pure dynamical evolution. This association properties are consistent with a dynamical evolved cluster, namely low-mass object poor and having only tight binaries. I showed that these properties cannot be reproduced with pure dynamical evolution from standard initial mass function and binary population, meaning that its particular features must have been pristine.

Nous nous intéressons dans ce mémoire à des méthodes de parallélisation par découplage du système dynamique. Plusieurs applications numériques de nos jours conduisent à des systèmes dynamiques de grande taille et nécessitent des méthodes de parallélisation en conséquence pour pouvoir être résolues sur les machines de calcul à plusieurs processeurs. Notre but est de trouver une méthode numérique à la fois consistante et stable pour réduire le temps de la résolution numérique. La première approche consiste à découpler le système dynamique en sous-systèmes contenant des sous-ensembles de variables indépendants et à remplacer les termes de couplage par l’extrapolation polynomiale. Une telle méthode a été introduite sous le nom de schéma C (p, q, j), nous améliorons ce schéma en introduisant la possibilité à utiliser des pas de temps adaptatifs. Cependant, notre étude montre que cette méthode de découplage ne peut satisfaire les propriétés numériques que sous des conditions très strictes et ne peut donc pas s’appliquer aux problèmes raides présentant des couplages forts entre les sous-systèmes. Afin de pouvoir répondre à cette problématique de découplage des systèmes fortement couplés, on introduit le deuxième axe de recherche, dont l’outil principal est la réduction d’ordre du modèle. L’idée est de remplacer le couplage entre les sous-ensembles de variables du système par leurs représentations sous forme réduite. Ces sous-systèmes peuvent être distribués sur une architecture de calcul parallèle. Notre analyse du schéma de découplage résultant nous conduit à définir un critère mathématique pour la mise à jour des bases réduites entre les sous-systèmes. La méthode de réduction d’ordre du modèle utilisée est fondée sur la décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD). Cependant, ne disposant pas à priori des données requises pour la construction de la base réduite, nous proposons alors un algorithme de construction incrémentale de la base réduite permettant de représenter le maximum des dynamiques des solutions présentes dans l’intervalle de simulation. Nous avons appliqué la méthode proposée sur les différents systèmes dynamiques tels que l’exemple provenant d’une EDP et celui provenant de l’équation de Navier Stokes. La méthode proposée montre l’avantage de l’utilisation de l’algorithme de découplage basé sur la réduction d’ordre. Les solutions numériques sont obtenues avec une bonne précision comparées à celle obtenue par une méthode de résolution classique tout en restant très performante selon le nombre de sous-systèmes définis. / In this thesis, we are interested in parallelization algorithm for solving dynamical systems. Many industrial applications nowadays lead to large systems of huge number of variables. A such dynamical system requires parallel method in order to be solved on parallel computers. Our goal is to find a robust numerical method satisfying stability and consistency properties and suitable to be implemented in parallel machines. The first method developed in this thesis consists in decoupling dynamical system into independent subsystems and using polynomial extrapolation for coupled terms between subsystems. Such a method is called C(p; q; j).We have extended this numerical scheme to adaptive time steps. However, this method admits poor numerical properties and therefore cannot be applied in solving stiff systems with strong coupling terms.When dealing with systems whose variables are strongly coupled, contrary to the technique of using extrapolation for coupled terms, one may suggest to use reduced order models to replace those terms and solve separately each independent subsystems. Thus, we introduced the second approach consisting in using order reduction technique in decoupling dynamical systems. The order reduction method uses the Proper Orthogonal Decomposition. Therefore, when constructing reduced order models, we do not have all the solutions required for the POD basis, then we developed a technique of updating the POD during the simulation process. This method is applied successfully to solve different examples of dynamical systems : one example of stiff ODE provided from PDE and the other was the ODE system provided from the Nervier-Stokes equations. As a result, we have proposed a robust method of decoupling dynamical system based on reduced order technique. We have obtained good approximations to the reference solution with appropriated precision. Moreover, we obtained a great performance when solving the problem on parallel computers.

La présente étude a pour objectif d’évaluer l’effet de l’augmentation du jeu fonctionnel en tête d’aube de la roue mobile sur les performances globales et les instabilités aérodynamiques en compresseur centrifuge à fort taux de pression. Pour ce faire, le compresseur TM-Pi9, développé et produit par Turbomeca, installé sur le banc d’essai 1 MW du Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’acoustique, a servi de support de recherche. Les mesures de performances globales, associées à des sondages par anémométrie LASER à effet Doppler ainsi que des enregistrements de pression instationnaire au carter, sur l’ensemble de l’étage de compression, ont permis d’acquérir une base de données expérimentales dans deux configurations de jeu, de la vitesse nominale (Nn) à la vitesse de ralenti (0.6 Nn). Ces résultats sont confrontés et complétés par des simulations numériques stationnaires, instationnaires chorochroniques et 360°, convergées avec le code elsA développé par l’ONERA et le CERFACS.À la vitesse de croisière, l’élargissement du jeu en tête d’aubage de 6% à 10% (taille du jeu au niveau du bord de fuite des aubes rapportée à la hauteur de veine en sortie de rouet) génère une hausse des débits de jeu, sensiblement proportionnelle à l’augmentation de l’espace fonctionnel. L’accroissement des débits de jeu ne modifie pas la position du sillage de la structure jet-sillage qui reste localisé autour de l’aube intercalaire. Le sillage devient néanmoins plus large. La modification de géométrie engendre principalement une dégradation du taux de pression de l’étage (~3%), imputable aux pertes non-visqueuses dans le rouet, c’est-à-dire une sous-déviation de l’écoulement imposée par le jet issu du jeu. L’élargissement de la hauteur de l’espace fonctionnel provoque une baisse du débit de blocage, conséquence de la réduction de la pression statique au niveau du col du diffuseur. Le rendement de l’étage subit expérimentalement une dégradation de 1%, au point de fonctionnement rendement maximum et aucune évolution proche pompage. La modification du rendement est soumise à deux effets opposés. D’une part, l’augmentation des débits de jeu provoque plus de pertes visqueuses au sein de l’ensemble des écoulements de jeu. Mais d’autre part, le sillage étant plus large, les structures tourbillonnaires sont moins confinées ; en résulte une diminution de la vorticité. L’accumulation d’entropie dans le sillage est ainsi plus faible. Quelles que soient la vitesse de rotation et la configuration de jeu, le pompage est initié de manière brutale dans le diffuseur aubé par un décollement de couches limites sur la face en dépression des aubages, proche du moyeu. Cette séparation résulte de l’interaction entre la couche limite de coin et l’onde de choc détachée du bord d’attaque des aubes du diffuseur. À faible vitesse de rotation et petit débit, une instabilité aérodynamique affecte l’inducteur du rouet (zone située entre le bord d’attaque des aubes principales et le bord d’attaque des aubes intercalaires). Elle peut être associée à une « instabilité tournante du tourbillon de jeu » qui est induite par une surincidence de l’écoulement sur les aubes principales du rouet. Il s’agit d’un phénomène de mild-stall précurseur d’un décollement tournant progressif dans le rouet. Ce dernier n’est cependant pas enregistré car le diffuseur induit le pompage à débit plus important. Des systèmes de contrôle d’écoulement dans le diffuseur et dans le rouet sont alors proposés, afin d’élargir la plage de fonctionnement du compresseur. / This present study is focused on the effect of the impeller blades tip clearance increase on the overall performance and aerodynamic instabilities in high-pressure centrifugal compressor. The test case is a centrifugal compressor stage (TM-Pi9) designed and built by Turbomeca which is used in a helicopter engine. The compressor stage is mounted on the 1 MW test rig of the Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique at the Ecole Centrale de Lyon in France. Experimental investigations consist in the overall performance acquisitions, LASER Doppler Anemometry measurements and unsteady pressure measurements up to 150 KHz for two tip clearance configurations from the nominal rotation speed to 60% of the nominal rotation speed. Steady and unsteady (phase-lagged and full simulations) simulations are also performed using the elsA code developed by the ONERA and CERFACS. Two tip clearances are tested. In the first case used as reference, the tip gap represents 6% of the section height at the impeller exit. In the second case, the impeller is moved axially, which results in an increased tip gap essentially in the radial part of the impeller. Thus in the second case, the tip clearance at the impeller exit corresponds to 10% of the section height. At the cruise rotation speed, from the reference to the increased tip clearance configurations, the tip leakage mass flows are increased. The tip leakage mass flow increase is quasi-proportional to the tip clearance height enlargement. But the position of the wake of the jet-wake flow pattern is not affected by the modification of the tip leakage mass flows. However the wake becomes wider. The tip clearance modification mainly deteriorates the total-to-static pressure ratio (~3%),which is due to inviscid losses in the impeller (under-deviation of the flow near the blades tip). A lower choking mass flow is reached in the increased tip clearance case compared with the reference configuration, due to the static pressure drop at the diffuser throat. The isentropic stage efficiency is experimentally decreased by 1% at the peak efficiency operating point. Near surge, no change in the stage efficiency is measured. From the reference to the increased tip clearance configurations, the stage efficiency is, in fact, subject to two opposite effects. On the one hand, higher tip leakage mass flows cause more viscous losses in the tip leakages and vortices. On the other hand, the wake of the jet-wake flow pattern being wider, the vortices are less confined, resulting in a decrease of the vorticity. The accumulation of entropy in the wake is thus weaker. Whatever the tip clearance configuration and the rotation speed, the surge is triggered by a boundary layer separation near the hub on the suction side of the diffuser vanes. This separation is due to the interaction between the corner boundary layer and the shock wave detached from the leading edge of diffuser vanes. At low rotation speed, disturbances in the inducer (between the leading edge of the main blade and the leading edge of the splitter blade) were recorded. These disturbances can be associated to “rotating tip clearance disturbances” which are generated by the over-flow-incidence on the impeller main blades. This phenomenon is a mild-stall precursor of a rotating stall in the impeller. The rotating stall in the impeller is not recorded because the surge occurs in the diffuser at higher mass flow. Active and passive flow control systems in the diffuser and the impeller are proposed in order to increase the operating range of the TM-Pi9 compressor.

L'interaction entre le vent solaire (VS) et la magnétosphère (MSP) terrestre se fait par l'intermédiaire de la magnétopause (MP). Le VS éjecté du Soleil, voyage transportant avec lui le champ magnétique interplanétaire (CMI). Ce dernier interagit avec le champ géomagnétique provoquant le phénomène de reconnexion magnétique (RM). La RM permet l'entrée d'une grande quantité de particules du VS dans la MSP. Si le CMI est dirigé vers le nord, la RM peut avoir lieu à haute latitude, mais n'est pas assez efficace pour justifier la quantité de plasma typique du VS, observée par les satellites à l'intérieur de la MSP. En outre, dans les cas où le CMI est dirigé vers le nord, la formation d'une couche de mélange est observée à basse latitude. Les tourbillons de Kelvin-Hemholtz (KH) fournissent un mécanisme efficace pour la formation d'une couche de mélange à la MP. Les simulations numériques montrent que l'évolution temporelle de l'instabilité de KH dépend fortement des profils initiales à grande échelle. La comparaison des données spatiales et des simulations numériques est donc d'une importance fondamentale dans ce contexte. Les principaux résultats obtenus au cours de ce travail sont la caractérisation de la turbulence à l'intérieur des tourbillons de KH, ainsi que des événements de RM à petite échelle; la sélection d'un événement où nous avons une combinaison des données des satellites avant et après KHI se développe; l'observation d'un décalage entre les profils de densité et de vitesse et constat que ce décalage initial entraîne une évolution différente de la simulations numériques qui est en accord avec les observations satellites. / Solar Wind (SW) and the Earth's magnetosphere interaction is mediated by the magnetopause. The SW carries with it the Interplanetary Magnetic Field (IMF) which interacts with northwards geomagnetic field lines causing magnetic reconnection (MR) events that make SW particles to be tranferred into the Earth's magnetosphere. If the IMF is directed northward, MR takes place at high latitude, but it is not efficient enough to justify the amount of SW plasma observed by satellites inside the magnetosphere. During northwards conditions one observe the formation of a wide boundary layer (BL) at the low latitude. This BL is thought to be driven by the the Kelvin-Helmholtz instability (KHI) , originating from the velocity shear between SW and the almost static near-Earth plasma. Numerical simulations (NS) have shown that the long time evolution of the KHI depends strongly on the initial large scale field profiles used as initial conditions. In order to make a further step towards the comprehension of this complex system, it is imperative to combine satellite data and NS. The idea here is to initialize NS by using in-situ observations of the main field profiles since only a correct initialization can reproduce the correct dynamics. The main results achieved in this work are: characterize the turbulence inside KH vortices and the small scale MR; select one event where there is a combination of a satellite measurements before and after KH develops, find that density and velocity profiles are shifted by a distance comparable to their shear lengths and that this initial shift cause a different evolution of the KHI leading to a final state in agreement with satellites observations.

Face à la problématique énergétique du bâtiment et l’impact environnemental lié, il apparait que les enveloppes hygroscopiques sont une piste prometteuse en termes d’amélioration du confort thermique, de qualité de l’air intérieur, de consommation énergétique et de régulation de l'humidité intérieure. Aujourd'hui, on manque de valeurs de référence du comportement hygrothermique transitoire de ce type d’enveloppes. La physique des transferts hydriques dans les matériaux hygroscopiques, aptes à fixer l’humidité, est complexe et rend difficile la modélisation des transferts couplés de chaleur et de masse. Une approche expérimentale et numérique du comportement thermo hydrique des enveloppes hygroscopiques a donc été menée avec une caractérisation multi-échelle. Ainsi, le monitoring de quatre maisons habitées a été sujet de caractérisation au niveau de la première échelle. L’étude à l'échelle du matériau a permis de caractériser les propriétés liées aux transferts de chaleur et de masse. Le couplage thermo-hydrique a fait l'objet d'une étude spécifique à l'échelle de la paroi. Les implémentations différences finies et éléments finis ont abouti à une analyse fine des transferts à l'échelle de cellules-test avec un travail de réduction d'ordre nécessaire pour limiter les temps de calcul. L’accent est mis sur les effets de l’humidité apportés dans les ambiances intérieures afin de valider un outil numérique développé dans ce travail. Les enveloppes hygroscopiques choisies sont composées de matériaux biosourcés tels que le bois massif, le béton de bois, la terre et paille. Les enveloppes de travertin et de plaques de plâtre sont également étudiées. / In front of the building energy issues and environmental impact bound, it appears that the hygroscopic envelopes are a promising track in terms of improving of the thermal comfort, indoor air quality, energy consumption and indoor humidity regulation. Today, we lack reference values of the transient hygrothermal behavior of this envelope type. The physics of moisture transfer in hygroscopic materials (capable to fixing moisture) is complex and makes it difficult modeling of coupled heat and mass transfers. Experimental and numerical approaches of hygrothermal behavior in hygroscopic envelops was therefore conducted with a multi-scale visions. Thus, monitoring of four habited houses was the characterization focus at the first scale. The study on the material scale allowed to characterize the properties related to the heat and mass transfer. The hygrothermal coupling has been the subject of a specific study at a wall scale. Finite differences and finite elements implementations have resulted in a detailed analysis of transfers across cell-test with a reduction work of order required to limit the calculation time. Emphasis is placed on the effects of moisture brought in indoor environments in order to validate a digital tool developed in this work. The selected hygroscopic envelopes are composed of biosourced materials such as massive wood, wood concrete, earth and straw. Envelopes of travertine and plasterboard are also studied.

Cette étude porte sur l’analyse de l’influence de l’eau sur des composites chanvre/époxy. Deux résines ont été utilisées, l’une 100 % pétrochimique (Epolam) et l’autre partiellement bio-sourcée (Greenpoxy). L’absorption d’eau d’éprouvettes de composites tissés a d’abord été suivie par des mesures gravimétriques. Les résultats ont mis en évidence une cinétique d’absorption de type Langmuir dépendant de plusieurs paramètres (types de résine, de fibres et de tissu, fraction volumique de fibres et épaisseur). Des essais de DMA et DSC sur les résines ont montré un effet plastifiant de l’eau ainsi qu’une modification irréversible de leurs propriétés après le vieillissement hydrique. Des observations microscopiques réalisées sur le composite et à l’échelle du fil ont permis de détecter que des fissures entre les fibres de chanvre et la matrice époxy apparaissent et se développent dès le début de la désorption. De surcroît, des observations en photoélasticimétrie ont montré une réorganisation des contraintes internes irréversible due à ces endommagements. Des essais de traction quasi-statiques ont ensuite été réalisés sur des composites tissés et sur les résines seules. Le vieillissement hydrique modifie les grandeurs mécaniques ainsi que l’évolution des endommagements, suivie par émission acoustique et tomographie X.Pour mieux appréhender le comportement de l’interface fil/matrice, différents tests ont été développés sur des éprouvettes monofilamentaires spécifiques dans lesquelles le fil est orienté à 45° ou 90° par rapport à l’axe de sollicitation. Tout d’abord, des tests de nanoindentation ont été effectués de manière à mesurer in situ les propriétés de chaque constituant des composites avant et après vieillissement hydrique. Un second type de test basé sur le principe du choc laser a été utilisé pour déterminer la qualité de l’adhérence entre le fil et la résine. Enfin, des essais de traction sur micromachine sous microscope optique ont été mis au point dans le but de mesurer les champs de déformations par corrélation d’images. Les résultats ont démontré que les déformations locales sont plus importantes après un vieillissement hydrique et que ce phénomène est plus accentué dans le chanvre/Greenpoxy que dans le chanvre/Epolam. Le développement d’un modèle numérique simplifié a permis d’approcher la loi de comportement locale des différents constituants du composite et d’étudier l’évolution des modules après vieillissement. / This study deals with the analysis of the influence of water on hemp/epoxy composites. Two resins have been used, one being 100 % petrochemical (Epolam) and the other one partially bio-based (Greenpoxy). The water absorption of the woven composites have been measured with gravimetric analyses. The results showed a Langmuir-type absorption, and depends on several parameters (type of resin, fibres and fabric, fibre ratio and thickness). DMA and DSC tests realised on resins showed the plasticizing effect of water and an irreversible modification of their properties after the water ageing. Microscopic observations of the composite at the yarn scale helped to detect that cracks between hemp fibres and epoxy matrix appear and develop right from the start of the desorption. Moreover, observations by photoelasticimetry showed an irreversible reorganisation of internal stresses due to this damage. Next, quasi-static tensile tests have been performed on woven composites and resins. The water ageing has modified the mechanical properties of the materials as well as the evolution of damage, which has been studied by acoustic emission and X-ray tomography.For a better understanding of the yarn/matrix interface behaviour, different tests have been developed with specific single yarn composites, in which the yarn is oriented at 45° or 90° in regard to the main axis of the specimen. First, nanoindentation tests have been performed, to measure the properties in situ of each component of the composites before and after water ageing. A second type of tests, based on the laser shock wave method, has been used to determine the quality of adhesion between the yarn and the resin. Finally, tensile tests on a micromachine under an optical microscope have been developed with the aim of measuring strain fields by digital image correlation. The results demonstrated that local strains are higher after a water ageing and that this phenomenon is more pronounced in the hemp/Greenpoxy than in the hemp/Epolam. The development of a finite element model led to estimate the local constitutive law of the different components of the composites and to study the evolution of the modulus after the ageing.

La période de réionisation est une transition dans l'histoire de l'Univers qui change sont état d'ionisation. Les progrès en calcul intensif permettent maintenant de modéliser l'évolution du phénomène. D'habitude, les analyses se concentrent sur l'évolution de propriétés globales dans les simulations. Différemment, j'ai mis au point une nouvelle technique d'analyse de simulations qui permet d'appréhender le phémomène global de manière locale. Elle s'appuie sur l'extraction d'un arbre de fusion de régions HII pour caractériser le processus de réionisation. La technique a été appliqué dans plusieurs simulations où différents modèles de sources ont été considérés pour étudier leur impact sur la chrono-morphologie du processus. Dans un second temps, l’arbre a permis de caractériser l'histoire de réionisation passée de galaxies de types Voie Lactée. Enfin, la technique a été appliquée dans des simulations du Groupe Local pour quantifier l'histoire de réionisation de MW et M31. / The reionization period is a major step in the history of the Universe that change its ionization state. The increasing progress in high performance computing, allows us to model the phenomenon. Usually, the simulation analyses focus on global properties to constrain the impact of the physic put in the simulations. Alternately, I implemented a method of analysis that apprehend theglobal reionization in terms of multiple ‘local reionizations’. I extracted a merger tree of HII regions from the simulations to characterize the reionization process. I applied the technique in several cosmological simulations, where different ionizing source models were tested to investigate the impact of the source model on the reionization chrono-morphology. I also used the merger tree to characterize the past reionization history of MW type galaxies. I finally applied this methodology in Local Group simulations to quantify the reionization hystory of MW and M31.

Les simulations numériques permettent d’étudier les galaxies. Outre la gravitation, l’inclusion de la formation stellaire, des apports d’énergie et de l’enrichissement métallique dans le milieu interstellaire par les étoiles, du refroidissement du gaz, etc. aboutit aux simulations chémodynamiques. Ces simulations permettent de traiter la dynamique, l’hydrodynamique, les effetsénergétiques, les abondances chimiques, etc. de manière cohérente. J’ai utilisé un code chémodynamique afin de modéliser l’évolution en masse de la poussière, phase solide du milieu interstellaire, aussi bien pour une galaxies massive que pour des galaxies naines. J’ai pu ainsi étudier les effets locaux de l’évolution de la poussière et dans des environnement à faiblemétallicité. Je montre que les simulations chémodynamiques sont indispensables car elles prennent naturellement en compte les effets locaux des mécanismes de production et de destruction, ainsi que le transport de la poussière. / Numerical simulations are a useful tool to understand galaxies. In addition to gravitation, other processes can be included for chemodynamical simulations: star formation, feedback of newly formed and evolving stars, metal enrichment, cooling of the interstellar medium, etc. These simulations describe in a self-consistent way the hydrodynamical and chemical evolution of galaxies. I use chemodynamical simulations to build up a model of evolution of the dust mass, solid component of the interstellar medium, in our Galaxy and in dwarf galaxies. I have performed simulations of a massive galaxy to understand localeffects on dust evolution while simulations of dwarf galaxies have been carried out to follow the dust mass in low metallicity environments. Chemodynamical simulations have shown that they are useful. Indeed, local effects and transport mechanisms are naturally included and turn out to be important for a model of dust mass production and destruction.