Le brouillard électromagnétique dans lequel nous vivons en permanence estaujourd’hui montré du doigt car, outre les risques sanitaires qu’il pourrait engendrer, illimite l’usage de certaines technologies. L’importance des interférences entre réseauxsans fil, ou la peur du piratage sur ces mêmes réseaux, en sont deux exemples. Cetravail de thèse vise à développer un nouveau moyen de protection contre certaines deces ondes électromagnétiques. Plus spécifiquement, ce travail se focalise sur unetechnologie capable de filtrer uniquement les ondes WiFi et GSM à travers de grandessurfaces d’une habitation, comme un mur. Pour ce faire, la fonctionnalisation d’uncomposant standard des bâtiments, le papier-peint, a été étudié.L’utilisation de surfaces sélectives en fréquence a été retenue. Ces motifs sontdirectement imprimés sur du papier à l’aide d’encre conductrice et de la techniqued’impression flexographique. L’étude s’est également portée sur la réalisation de motifsde filtrage innovants. Les résultats de simulation montrent qu’ils sont capables de filtrerdeux ou trois bandes, qu’ils sont quasiment insensibles à la polarisation et à l’angled’incidence dans une plage allant de 0° à ± 80°. Le travail a ensuite permis dedémontrer la faisabilité pratique de ce concept aux stades laboratoire et industriel.Ensuite, nous avons démontré expérimentalement l’efficacité de ce concept dans lesbandes WiFi. La transmission atteint alors -30 dB. Enfin, une validation expérimentaledu produit en situation réelle a été menée, à savoir la pose du papier-peint sur du plâtre,du bois, l’influence de la colle ou encore la pose d’une couche de papier-peint décoratifpar-dessus le produit.En conclusion, les résultats pratiques obtenus confirment les résultats théoriquesestimés et, permettent à ce nouveau concept, appelé métapapier, d’être suffisammentefficace pour permettre la réduction des ondes WiFi ou GSM. / The electromagnetic smog in which we live today is nowadays a real issue because it limits the use of certain technologies and also because there are some potential health risks associated with it, even if the latter is still a controversial subject. The importance of the interferences between wireless networks or the possibility of data hacking on the same networks are two examples. The aim of this thesis is to develop a new way to protect buildings against some of these electromagnetic waves. More specifically, this work focuses on a technology able to filter only the WiFi and the GSM waves through large areas of a home, like a wall for example. To do this, the functionalization of a standard component of buildings, the wallpaper, was studied. The use of frequency selective surface (FSS) was chosen. These patterns are printed directly on paper with a conductive ink printing technology: the flexography. The study also focuses on the realization of innovative filter designs. Simulation results show that these novel FSS are able to filter two or three bands. They are almost insensitive to the polarization and to the angle of incidence in the range of 0° to ±80°. The realization feasibility of this concept in a laboratory or in industrial conditions was demonstrated. Next, an experimental demonstration of this concept in the WiFi bands was carried out. In this context, the transmission coefficient was reached -30 dB. Finally, an experimental validation of the product in real conditions of use was conducted, namely the wallpaper was put over plasterboards or over wood panels. Also, the influence of the glue on the general performances and the placement of a decorative wallpaper over the FSS wallpaper were studied. In conclusion, the practical results obtained confirm and validate the theoretical predictions of this new concept, called metapaper, and show that the practical realizations are efficient enough to allow the reduction of WiFi or GSM signals.

Cette thèse s’interesse au contrôle des flux d’énergie mécanique dans les structures périodiques. Les problèmes de dynamiques des structures considérés dans cette thèse sont abordés sous l'angle d'une description ondulatoire : la réponse forcée d’un système est calculée comme une superposition d’ondes dans la structure, tandis que les modes propres sont interprétés comme des ondes stationnaires.Un des avantages de l’approche ondulatoire est qu’elle permet de réduire de manière importante la taille des problèmes de dynamique. Ceci se révèle particulièrement utile dans le domaine des hautes et moyennes fréquences, où les calculs par éléments finis deviennent très coûteux en temps à cause du grand nombre de degrés de liberté nécessaire à la convergence du modèle. Afin de contourner ce problème, cette thèse s'appuie sur la méthode des éléments finis ondulatoires (Wave Finite Element Method (WFEM)). Une des principales améliorations proposées est l’utilisation de plusieurs méthodes de synthèses modales (Component Mode Synthesis (CMS)) pour accélérer l’analyse des guides d’ondes généraux en présence d’amortissement ou de matériaux piézo-électriques. Les erreurs numériques restent faibles du fait de l’utilisation d'une base de projection réduite constituée d'ondes propagatives. Une autre contribution est le procédé de modélisation multi-échelle pour les assemblages de structures périodiques et non-périodiques. L’idée principale est de modéliser les parties non-périodiques par la méthode des éléments finis, et les parties périodiques par WFEM. Les interactions entre les différentes sous-structures sont modélisées par des coefficients de réflexion ou des impédances mécaniques. Ces travaux réalisent une extension de la WFEM à des structures plus complexes et plus proches des applications industrielles. Un autre intérêt de la vision ondulatoire est qu’elle mène à de nouvelles idées pour le contrôle des vibrations. Dans cette thèse, des matériaux piézo-électriques et des circuits de shunt, distribués de façon périodique sont utilisés afin de modifier artificiellement la propagation des ondes grâce au couplage électromécanique. Un nouveau critère, nommé « Wave Electromechanical Coupling Factor (WEMCF) », est proposé pour évaluer, en termes énergétiques, l’intensité du couplage entre le champ électrique et le champ mécanique lors du passage d'une onde. Ce facteur peut être obtenu à partir des caractéristiques ondulatoires obtenues par la WFEM. On montre que le WEMCF est fortement lié à l'atténuation dans le guide d’ondes piézo-électrique. La conception des paramètres géométriques et électriques peut être ainsi être effectuée séparément. Ce principe est appliqué à la réduction des vibrations d’une poutre encastrée. Le WEMCF est utilisé comme fonction objectif pour l'optimisation durant la conception géométrique, la masse totale de matériau piézo-électriques étant contrainte. Un circuit à capacité négative est utilisé pour élargir le band-gap de Bragg. La stabilité du système est prise en compte comme une contrainte sur la valeur de cette capacité. Les vibrations sont localisées et facilement dissipées par l’introduction d’absorbeurs sur la frontière. Ce procédé de conception basée sur une approche ondulatoire aboutit à des solutions stables, légères, et insensibles aux conditions aux limites dans une large gamme de fréquence. Par conséquent, il est prometteur pour analyser les structures en moyenne et haute fréquence où il est difficile d’accéder aux informations modales exactes. / This thesis describes analysis and control approaches for the vibration and energy flow through periodic structures. The wave description is mainly used to address the structural dynamic problems considered in the thesis: forced response is calculated as the superposition of the wave motions; natural modes are understood as standing waves induced by the propagating waves that recover to the same phase after traveling a whole circle of the finite structure. One advantage of the wave description is that they can remarkably reduce the dimensions of structural dynamic problems. This feature is especially useful in mid- and high frequencies where directly computing the full Finite Element Method (FEM) model is rather time-consuming because of the enormous number of degree-of-freedoms. This thesis extends one widely used wave-based numerical tool termed Wave Finite Element Method (WFEM). The major improvements are the use of several Component Mode Synthesis (CMS) methods to accelerate the analysis for general waveguides with proportional damping or piezoelectric waveguides. The numerical error is reduced by using the proposed eigenvalue schemes, the left eigenvectors and the reduced wave basis. Another contribution is the multi-scale modeling approach for the built-up structures with both periodic and non-periodic parts. The main idea is to model the non-periodic parts by FEM, and model the periodic parts by WFEM. By interfacing different substructures as reflection coefficients or mechanical impedance, the response of the waveguide is calculated in terms of different scales. These two contributions extend WFEM to more complex structures and to more realistic models of the engineering applications.Another benefit of the wave perception is that it leads to new ideas for vibration control. In this thesis periodically distributed piezoelectric materials and shunt circuit are used to artificially modify the wave properties by electric impedance. A novel metrics termed the Wave Electromechanical Coupling Factor (WEMCF) is proposed, to quantitatively evaluate the coupling strength between the electric and mechanical fields during the passage of a wave. This factor can be post-processed from the wave characteristics obtained from WFEM through an energy formula. We show that WEMCF is strongly correlated to the best performance of the piezoelectric waveguide. Hence the design for the geometric and electric parameters can be done separately. An application is given, concerning the vibration reduction of a cantilever beam. WEMCF is used as an optimization objective during the geometric design, when the overall mass of the piezoelectric materials is constrained. Then the negative capacitance is used with a stability consideration to enlarge the Bragg band gap. The vibration is localized and efficiently dissipated by few boundary dampers. The wave-based design process yields several broadband, stable, lightweight and boundary condition insensitive solutions. Therefore, it is promising at mid- and high frequencies where exact modal information is difficult to access.

Dans cette thèse, nous présentons des résultats d’homogénéisation périodique d’un problème spectral et de l’équation d’ondes de Bloch. Il permet de modéliser les ondes à basse et haute fréquences. La partie modèle à basse fréquence est bien connu et n’est pas donc abordée dans ce travail. A contrario ; la partie à haute fréquence du modèle, qui représente des oscillations aux échelles microscopiques et macroscopiques, est un problème laissé ouvert. En particulier, les conditions aux limites de l’équation macroscopique à hautes fréquences établies dans [36] n’étaient pas connues avant le début de la thèse. Ce dernier travail apporte trois contributions principales. Les deux premières contributions, portent sur le comportement asymptotique du problème d’homogénéisation périodique du problème spectral et de l’équation des ondes en une dimension. La troisième contribution consiste en une extension du modèle du problème spectral posé dans une bande bi dimensionnelle et bornée. Le résultat d’homogénéisation comprend des effets de couche limite qui se produisent dans les conditions aux limites de l’équation macroscopique à haute fréquence. / In this dissertation, we present the periodic homogenization of a spectral problem and the waveequation with periodic rapidly varying coefficients in a bounded domain. The asymptotic behavioris addressed based on a method of Bloch wave homogenization. It allows modeling both the lowand high frequency waves. The low frequency part is well-known and it is not a new point here.In the opposite, the high frequency part of the model, which represents oscillations occurringat the microscopic and macroscopic scales, was not well understood. Especially, the boundaryconditions of the high-frequency macroscopic equation established in [36] were not known prior to thecommencement of thesis. The latter brings three main contributions. The first two contributions, areabout the asymptotic behavior of the periodic homogenization of the spectral problem and waveequation in one-dimension. The third contribution consists in an extension of the model for thespectral problem to a thin two-dimensional bounded strip Ω = (0; _) _ (0; ") _ R2. The homogenizationresult includes boundary layer effects occurring in the boundary conditions of the high-frequencymacroscopic equation.

La Bibliothèque universelle des romans (1775-1789, 224 vol.) est une collection littéraire périodique à vocation vulgarisatrice, apparue sous l’initiative du marquis de Paulmy dont la bibliothèque personnelle (actuelle Arsenal) fournit le matériau de départ, et que celui-ci dirigea des commencements à l’année 1779. L’étude du traitement réservé à la littérature médiévale dans cette importante collection soulève plus généralement la question de sa réception à la fin du XVIIIe siècle et de la place qu’occupent la BUR et ses rédacteurs dans l’histoire des études littéraires. Notre travail a consisté d’abord à identifier les collaborateurs du périodique, leur rôle respectif et leurs sources. Le passage d’un réservoir précis de textes à une bibliothèque romanesque imprimée passe dans la BUR par la pratique de l’extrait, technique dont nous nous sommes attachés à montrer qu’elle aboutissait, de recherches en essais, à la formation d’un véritable genre critique. De ce corpus d’extraits émerge en effet, sous la plume des rédacteurs de la BUR, l’élaboration d’une histoire littéraire dont il s’agit de présenter ici les résultats. / The Bibliothèque universelle des romans (1775-1789, 224 vol.) is a literary periodical collection with a non-scientific claim, initiated by the marquis de Paulmy whose personal library (now the Arsenal Library) provided the first material. Paulmy managed it from the beginning until 1779. The way this important collection deals with medieval literature raises the general question of its reception at the end of the 18th century, and the role occupied by the BUR and its authors in the history of literary studies. Our work primarily consists in identifying the contributors, their relative part in the laboratory of the Arsenal, and their source materials. The transition from a specific corpus of texts to a printed library of novels requires, in the BUR, the practice of extracting, an approach, as we try to show, that results –from research to testing– in the creation of a real critical genre. From this corpus of extracts emerges indeed, under the pen of the BUR’s authors, the formulation of a literary history that we intend to present in this work.

Actuellement, les technologies sont de plus en plus performantes. Elles progressent de jour en jour et la miniaturisation des composants est de plus en plus présente. Dans ce contexte, les structures innovantes dites intelligentes sont de plus en plus utilisées et leurs dimensions diminuent très vite. Les matériaux piézo-électriques ou électro-magnéto-élastiques ont la capacité de changer de forme lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique ou magnétique. Ces matériaux diélectriques peuvent servir comme corps actif dans les capteurs, les transducteurs, les oscillateurs ou encore d'autres éléments actifs. D'un côté, ces matériaux actifs de très petites tailles sont utilisés dans les petits appareils et d'un autre côté, ils utilisent une forte tension électrique afin de provoquer un déplacement maximal et/ou une force d'arrêt. Les structures actives intelligentes sont exposées à différents défauts, tels que le décollement ou le délaminage. Ces défauts peuvent apparaître lors de la fabrication du matériau ou lors de sa mise en service. Les risques de rupture sont alors accrus et la durée de vie utile de la structure est par conséquent fortement diminuée. La rupture par délaminage peut être de plusieurs types : l'apparition d'une fissure dans la couche adhésive ou dans la résine, une fissure provoquée par un décollement à l'interface entre la résine et le renfort. La défaillance qu'elle soit de nature électrique ou mécanique, provoquée par un claquage électrique ou une fissure qui se propage est un problème primordial qui a une influence importante sur la performance et la fiabilité de ces matériaux. Ce travail vise à développer un modèle de fissuration en considérant des conditions aux limites physiques et des chargements externes combinés, à la fois électriques et mécaniques. Si on se réfère au cours de mécanique de la rupture linéaire, la présence d'une fissure provoque des singularités en termes de contraintes en pointe de fissure. Egalement, il est connu que le champ électrique au niveau du front de la fissure est plus grand que sa valeur critique et ceci peut être une cause de rupture diélectrique pour les matériaux céramiques piézoélectriques. La première étape de ce travail concerne la modélisation des zones de pré-fracture dans un matériel piézoélectrique dans le but de formuler un modèle sans les singularités évoquées précédemment. Les zones de chargement mécanique limite et de saturation électrique ont été introduites en pointe de fissure et les conditions des perméabilités limitées ont été introduites à la surface de la fissure. Le modèle de fissuration présenté avec deux zones de pré-fracture permet d'éliminer toutes les singularités au voisinage de la fissure. Dans les zones de pré-fracture, une distribution non homogène des déplacements électriques saturés est considérée. Les résultats contiennent les solutions analytiques et numériques de ce problème. Dans la solution numérique, le code ABAQUS a été utilisé. Dans un deuxième temps, le problème d’une série périodique de fissures est considéré pour un matériau magnéto-électro-élastique. Comme un cas limite, une seule fissure avec la condition de la perméabilité limitée est aussi étudiée. Le problème est résolu de manière exacte et des calculs numériques illustrant l'influence de différentes caractéristiques sur les paramètres de fissuration sont présentés sous forme graphique ou dans des tableaux. Egalement, l'influence de la fraction volumique piézo-électrique dans les matériaux magnéto-électro-élastiques sur les paramètres électro-magnétiques dans la région fissurée est étudiée. Enfin, l'attention est focalisée sur l'application de la zone de pré-fracture en pointe de fissure dans les matériaux magnéto-électro-élastiques. La même façon que précédemment, les zones de chargement mécanique limite et de saturation électrique ont été adoptées. Aussi, une zone analogue à une zone de saturation électrique pour le champ magnétique a été introduite. (...) / Nowadays, technologies are improving day by day and at the same high speed smart structures decrease in size. Piezoelectric or magneto-electro-elastic materials have the ability to change its shape under electric or magnetic field. These dielectrics can serve as working bodies at various sensors, transducers, oscillators, modulators and other active elements. On the one hand these active materials are used in small devices and have very small dimensions; on the other hand they use high electrical voltage in order to receive a maximal displacement and/or blocking force. The active smart structure is predisposed to different defects, like debonding and delamination. These situations may take a place during the manufacture (imperfect bounding) and service life of the active smart structure. Delamination failure can be of several types, such as: fracture within the adhesive or resin, fracture within the reinforcement and debonding of the resinfrom the reinforcement. Electric or mechanical failure, such as electrical breakdown or destruction of cracks is an important problem in performance and reliability of these materials. This work aims to develop the model of crack with physical boundary conditions under combined external loads. Consideration of any crack in the course of linear fracture mechanics initiates (creates) singularities in stresses at the crack tips. As known, the electric field, ahead of crack tip, is bigger than its critical value and this can be a cause of dielectric breakdown in piezoceramics. The first task of the work concerns the modelling of pre-fracture zones in piezoelectric material in order to formulate the model without the mentioned singularities. The mechanical yielding and electric saturation zones have been introduced ahead of crack tips and the limited permeable conditions on crack surfaces have been used. The present model of crack with two pre-fracture zones eliminates all singularities on crack continuation. In pre-fracture zones, a non homogeneous distribution of saturated electric displacement is considered. Results contain analytical and numerical solutions of the problem. In the numerical solution ABAQUS code was used. As the second task the problem for a periodic set of the limited electrically and magnetically permeable cracks is considered for magneto-electro-elastic material. As a limiting case, a single limited permeable crack is studied as well. The problem is solved exactly and some numerical calculations which illustrate the influence of various characteristics on fracture parameters are presented in graphical and tabular form. The influence of the piezoelectric volume fraction in magneto-electro-elastic material on electro-magnetic parameters in the crack regions is studied. As the third task, the attention is focused on application of pre-fracture zone ahead of crack in magneto-electro-elastic materials. Similarly to the previous problem, the mechanical yielding and electric saturation zones have been adopted. Also, analogue of electric saturation zone for magnetic field was considered. The present model of crack with three pre-fracture zones eliminates singularities in mechanical, electric and magnetic fields on crack continuation. The problem is solved exactly. Some numerical calculations which illustrate the influence of various characteristics on fracture parameters are presented in graphical and tabular form.

Dans un contexte de densification des villes et de leurs réseaux de transport, les gens sont de plus en plus exposés au bruit. Ainsi, le résultat de l'étude d'impact vibro-acoustique joue un rôle primordial dans l'expansion du réseau ferroviaire. L'une des principales sources est le bruit de roulement : La rugosité de la surface de la roue et du rail produit un déplacement imposé sur ces derniers. Ce déplacement entraine une réponse vibratoire des roues et de la voie ferrée et leurs rayonnements acoustiques. Cette thèse propose une amélioration de la modélisation vibro-acoustique de la voie ferrée.Pour la réponse vibratoire, le coté infini de la voie et sa déformation dans les 3 dimensions rendent les modèles analytiques et les éléments finis non-optimales dans la gamme de fréquence de l’audible. La méthode élément fini semi-périodique (SAFEM) est utilisée dans cette thèse pour modéliser une voie à support continue. Elle est ensuite couplée au théorème de Floquet pour modéliser une voie à support périodique. Cependant, cette technique génère des problèmes numériques qui ont imposé un algorithme adapté. La méthode d'Arnoldi du second ordre (SOAR) est utilisée avant de résoudre l'équation SAFEM permet de résoudre ces problèmes ainsi qu’apporter la stabilité requise. Des comparaisons avec d’autres modèles et des données expérimentales permettent de valider la méthode.Pour le rayonnement acoustique, la simulation de grand domaine en haute fréquence rendent inadapté l'utilisation de techniques conventionnelles (FEM, BEM, ...). La méthode proposée ici : la théorie variationnelle du rayon complexe est particulièrement bien adaptée à ce cas. Les principales caractéristiques de l'approche VTCR sont l'utilisation d'une formulation faible du problème acoustique, qui permet de considérer automatiquement les conditions limites entre sous-domaines. Ensuite, l'utilisation d'une répartition intégrale des ondes planes dans toutes les directions permet de simuler le champ acoustique. Les inconnues du problème sont leurs amplitudes. Cette méthode qui a déjà montré son efficacité pour les domaines fermés a été étendue au domaine ouvert et couplée à la réponse vibratoire. Des comparaisons avec des solutions analytiques et des simulations FEM à basse fréquence permettent de valider la méthode. / In a context of urban and transport network densification, people are increasingly exposed to noise. Consequently, the result of vibro-acoustic impact assessment has a pivotal role in rail network expansion. One of the main sources is the rolling noise: Roughness on the wheel and rail surface produce an imposed displacement one the both. This last, generates vibrational response of wheels and the railway track and their acoustic radiation. This PhD thesis presents some improvements of the vibro-acoustic railway track modelling.Concerning vibrational response, the infinite dimension in the longitudinal direction of the track and its deformation in the 3 dimensions, make the analytical models and finite elements non-optimal. The Semi-analytical finite element method (SAFEM), used in this thesis, is particularly well adapted in this case. Firstly, it is used to model railway track on a continuous support. Then, it is coupled with Floquet theorem to model tracks with a periodic support. However, this technique suffers from numerical problems that imposed an adapted algorithm. The second-order Arnoldi method (SOAR) is used to tackle them. This reduction allows to eliminate critical values improving the robustness of the method. Comparison with existing techniques and experimental results validate this model.Concerning acoustic radiation, big domains simulations at high frequency are almost unfeasible when using conventional techniques (FEM, BEM,…). The method used in this thesis, the Variational theory of complex ray (VTCR) is particularly well adapted to these cases. The principal features of VTCR approach are the use of a weak formulation of the acoustic problem, which allows to consider automatically boundary conditions between sub-domains. Then, the use of an integral repartition of plane waves in all the direction allow to simulate the acoustic field. The unknowns of the problem are their amplitudes. This method well assessed for closed domain, has been extended to open domain and coupled to vibrational response of the rail. Comparison with analytic solution and FEM simulation at low frequency allow to validate the method.Coupling these both methods allowed to simulate complex real life vibro-acoustic scenarios. Result of different railway tracks are presented and validated

Dans ce travail, nous nous focalisons sur l’ajout de contraintes temporelles dans les Bases de Données de Capteurs Sans Fil (BDCSF). La cohérence temporelle d’une BDCSF doit être assurée en respectant les contraintes temporelles des transactions et la validité temporelle des données, pour que les données prélevées par les capteurs reflètent fidèlement l’état réel de l’environnement. Cependant, les retards de transmission et/ou de réception pendant la collecte des données peuvent conduire au non-respect de la validité temporelle des données. Une solution de type bases de données s'avère la plus adéquate. Il faudrait pour cela faire coïncider les aspects BD traditionnelles avec les capteurs et leur environnement. À cette fin, les capteurs déployés au sein d'un réseau sans fils sont considérés comme une table d'une base de données distribuée, à laquelle sont appliquées des transactions (interrogations, mises à jour, etc.). Les transactions sur une BD de capteurs nécessitent des modifications pour prendre en compte l'aspect continu des données et l'aspect temps réel. Les travaux réalisés dans cette thèse portent principalement sur trois contributions : (i) une étude comparative des propriétés temporelles entre une collecte périodique des données avec une base de données classique et une approche de traitement des requêtes avec une BDCSF, (ii) la proposition d’un modèle de traitement des requêtes temps réel, (iii) la mise en œuvre d’une BDCSF temps réel, basée sur les techniques décrites dans la deuxième contribution. / In this thesis, we are interested in adding real-time constraints in the Wireless Sensor Networks Database (WSNDB). Temporal consistency in WSNDB must be ensured by respecting the transaction deadlines and data temporal validity, so that sensor data reflect the current state of the environment. However, delays of transmission and/or reception in a data collection process can lead to not respect the data temporal validity. A database solution is most appropriate, which should coincide with the traditional database aspects with sensors and their environment. For this purpose, the sensor in WSN is considered as a table in a distributed database, which applied transactions (queries, updates, etc.). Transactions in a WSNDB require modifications to take into account of the continuous datastream and real-time aspects. Our contribution in this thesis focus on three parts: (i) a comparative study of temporal properties between a periodic data collection based on a remote database and query processing approach with WSNDB, (ii) the proposition of a real-time query processing model, (iii) the implementation of a real time WSNDB, based on the techniques described in the second contribution.