La caractérisation non-destructive de la variabilité spatiale et temporelle de la teneur en eau pour des milieux hétérogènes superficiels est un enjeu de taille pour la compréhension du fonctionnement hydrogéologique de certaines zones critiques.Pour répondre à ces besoins, une candidate potentielle est la méthode de Résonance Magnétique des Protons (RMP), technique géophysique récente qui permet d'imager la teneur en eau de la subsurface de façon directe. Ses déclinaisons opérationnelles en 2-D et en 3-D sont émergentes et nécessitent une étude exhaustive afin d'en comprendre les possibilités et les limitations.Le caractère intégrateur de la mesure RMP, en conjonction avec l'erreur expérimentale qui la contamine, limite la résolution de la méthode. Conséquence : la traduction d'un jeu de mesures sous la forme d'une distribution spatiale de teneur en eau n'est pas unique. Certaines sont plus désirables que d'autres, aussi des aprioris géométriques sont-ils utilisés pour limiter l'espace des solutions possibles. De ce fait, l'estimation qui est faite de la teneur en eau est biaisée (aprioris) et entachée d'incertitudes (bruit), jamais quantifiées à ce jour à plus d'une dimension.Afin de mettre à jour les processus qui vont influencer la résolution spatiale et l'estimation du volume d'eau, les propriétés du problème direct de l'imagerie RMP sont analysées au moyen d'outils non-biaisés telles que les corrélations.Le problème d'imagerie RMP inverse étant non-linéaire, ce travail de thèse propose une méthodologie de reconstruction d'images de la teneur en eau qui offre l'accès aux analyses des incertitudes, axée sur un algorithme d'échantillonnage inverse de Monte-Carlo (Metropolis-Hastings). Une étude intensive des biais introduits par l'apriori sur la reconstruction de différents volumes 3D est effectuée.Enfin, les possibilités d'imageries RMP sont illustrées sur deux cas d'applications réels en milieux hétérogènes karstiques ou thermo-karstiques, validés par comparaison avec d'autres sources d'informations. Le premier cas est une imagerie 2-D du conduit karstique de Poumeyssens, dont la cartographie est connue.Le deuxième cas est l'imagerie 3-D d'une poche d'eau sous-glaciaire dans le glacier de Têre-Rousse laquelle est explorée par de nombreux forages et d'autres méthodes géophysiques. / The non-destructive observation of the ground water content's variaiblity in time and space is a major issue to understand the hydrodynamical functioning of heterogeneous media.Although many geophysical methods derive the water content of the subsurface from intermediate physical parameters, the method of surface nuclear magnetic resonance (SNMR) provide a direct estimate of ground water content. For this method, 2-D or 3-D SNMR tomography applications are only emerging and an in-depth analysis is required to assess their possibilities and limitations.The general resolution of the method is limited because the measurement characterize an important volume and is contaminated by electromagnetic noise. Consequently, the translation of measurement into an image of water content admit many solutions. Among them, several are more desirable than others from a structural/geometrical stand point. Geometrical prior knowledge are used to limit the infinite solution space. The resulting water content estimate is necessarily biased (prior knowledge) and affected by uncertainties (noise). To date, those aspects have never been quantified for 2-D and 3-D SNMR data sets.The processes that are controlling the geometrical rendering and the estimated water volume, properties of the SNMR imaging problem are analyzed using correlations and linear regressions as they are unbiased tools for the data space analysis.As the MRS inverse problem is non-linear, this thesis proposes a monte carlo based methodology (Metropolis- Hastings) to provide water content and uncertainty estimates. As the geometrical prior expectations control the estimates, the resulting bias is explored and discussed for different water content configuration.Finally, the possibilities of MRS imaging are illustrated by means of two highly heterogeneous environments: thermo-karstic and karstic. The results of the MRS imagery are compared and validated with other types of knowledge. The first case is a 2-D imaging of the conduit Poumeyssens karst. The latter geometry is precisely known. The second case is the 3-D imaging of a internal cavity inside the french alp glacier Tete-Rousse, explored by multiple other destructive and non-destructive methods.

Les travaux effectués lors de cette thèse portent sur l'optimisation de la configuration magnétique des propulseurs à effet Hall. Ceci regroupe deux objectifs: d'une part la réalisation d'un propulseur à effet Hall dont la topologie magnétique est entièrement paramétrable, ce qui constituera un outil précieux pour l'étude de l'impact du champ magnétique sur le fonctionnement du propulseur et d'autre part, l'étude de moyen de conception rationalisée de circuits magnétiques pour ces mêmes propulseurs. Le premier sujet a conduit à la réalisation du PPS-Flex, un propulseur proposant une structure de circuit magnétique innovante offrant un grand nombre de degrés de liberté en termes de réglage du champ magnétique produit. La deuxième thématique a quant à elle été abordée en s'appuyant sur des méthodes d'optimisation (paramétrique et topologique) permettant d'aboutir à un circuit magnétique optimal pour un ou plusieurs critères de conception (fidélité du champ magnétique généré, minimisation de la masse, du volume total, etc.)

La connaissance de la tension dans les câbles de pont est un élément de diagnostic important, tant à l'échelle du câble qu'à celle de l'ouvrage dont il fait partie.Le présent travail de thèse propose une méthode d'évaluation de la tension parméthode inverse à partir d'une formulation variationnelle mixte de câble géométriquement exact permettant de coupler simplement et à bas coût un modèle universel de câble et des capteurs d'utilisation courante tels que des jauges de déformation et des capteurs de déplacement. Contrairement à de nombreuses méthodes existantes, la méthode pésentée ne nécessite pas une connaissance fine des paramètres du câble pour évaluer sa tension.Les choix de modélisation faits sont motivés par une étude approfondie des différentes typologies des câbles présents sur ouvrage et par une étude bibliographique qui tente de synthétiser l'immense littérature disponible dans le domaine des câbles. La modélisation retenue est issue de la théorie des lignes déformables des frères Cosserat, dont nous présentons les variantes avec et sans rigidité de flexion.Les moyens d'essai utilisés pour la validation expérimentale de la méthode mise au point ont été conçus et réalisés au cours du présent travail. Le montage expérimental imaginé permet d'appliquer la méthode inverse sur un câble montoron multicouches de 21 m de long et 22 mm de diamètre. Les essais sont réalisés à 6 différents niveaux de tension échelonnés par paliers de 30 kN de 55 kN à 205 kN. Ils montrent l'efficacité de la méthode sur le câble testé et la pertinence de son déploiement à venir sur d'autres typologies de câbles / Knowledge of the tension in bridge cables is important not only to diagnostic the cable itself but also the construction it belongs to.The work presented in this thesis proposes to evaluate the tension of a geometrically exact cable using a static inverse method from a mixed variational formulation, by coupling simply and cheaply a universal cable model with usual sensors, such as displacement sensors and strain gauges. Contrarily to existing methods, a good knowledge of the cable's parameters, such as it length or weight per unit length, is not required.Combining a thorough study of various cable typologies encountered on bridges and the vast amounts of material available in the bibliography covering cables, lead to the modeling following the elastic theory of rods developed by the Cosserat brothers, François and Eugène, elaborating on their theory of rods with and without flexural stiffness.The experimental apparatus, designed and built in the course of this study, allowed to successfully validate the developed inverse method on a multilayered strand cable 21 m long and 22 mm in diameter at several tension levels. The universal aspect of the model introduced and its successful validation encourages its implementation to other cable typologies

Ce travail a pour but de proposer une technique de mesure permettant d’identifier les bas nombres d’onde de pressions pariétales dues à des écoulements turbulents à faible nombre de Mach. En effet, les caractéristiques de ces excitations vibroacoustiques dans ces nombres d’onde sont mal connues alors qu’ils peuvent être des sources principales de vibration et de rayonnement acoustique dans des problèmes d’ingénierie qui concernent essentiellement le secteur industriel des transports. Cette méconnaissance vient du fait que la composante acoustique de l’excitation qui est située dans les bas nombre d’onde,a une amplitude très petite devant celle de la composante aérodynamique et que l’énergie d’origine acoustique se trouve noyée dans le bruit de mesure lorsqu’on utilise des capteurs de pression.L’objectif de cette thèse est d’étudier comment la méthode inverse vibratoire de Résolution Inverse (RI) et ses variantes RIFF (Filtrée Fenêtrée) ou RIC (Corrigée)permettent d’identifier ces bas nombres d’onde. L’intérêt d’utiliser de telles méthodes inverses vibratoires est que la structure est utilisée comme capteur. Ainsi, les composantes responsables des vibrations, se situant dans les bas nombres d’onde, peuvent être mieux identifiées ou extraites puisqu’elles sont naturellement filtrées par la dynamique de la structure.Dans un premier temps, la méthode RIFF est testée dans le cas de simulations d’une couche limite turbulente. Les résultats obtenus permettent de comprendre comment cette méthode identifie l’excitation dans les bas nombres d’onde. La méthode peut ainsi paraître particulièrement intéressante, puisqu’elle permet d’extraire une composante très faible, mais fortement responsable des vibrations et du bruit rayonné par la plaque et pratiquement impossible à observer en utilisant des microphones affleurants.Dans un deuxième temps, la mise en oeuvre de ces techniques est étudiée en appliquant la méthode RIC. Cette approche permet de diminuer drastiquement le nombre de capteurs et de rendre la méthode inverse utilisable avec les moyens actuels. La méthode est ainsi testée sur la simulation d’une couche limite turbulente et sur une expérimentation en soufflerie où l’écoulement turbulent est généré par une marche montante. La proposition d’un indicateur permet alors d’identifier si les composantes acoustiques et aérodynamiques sont fortement séparées et si les résultats obtenus par la méthode RIC correspondent uniquement à la composante acoustique ou non. / The aim of this work is to propose a measurement technique for the identification of the low wavenumbers of wall pressures due to turbulent flows with low Mach number. Indeed, the characteristics of these vibroacoustic excitations in these wavenumbers are not well known whereas they can be the principal sources of vibration and acoustic radiation in a lot of engineering problems in the transport industries. This lack of knowledge is due to the low amplitude of the acoustic component of the excitation that is localized in the low wavenumbers and the acoustic energy is below the level of measurement noise when pressure sensors are used.This thesis aims to study how the inverse methods of vibration called the Force AnalysisTechnique (FAT) and its Corrected version CFAT identify these low wavenumbers.The advantage of using these inverse methods of vibration is that the structure is used as a sensor. Thus, the components responsible for the vibrations, and localized in the low wavenumbers, can be identified and extracted as they are naturally filtered by the dynamics of the structure.At first, the FAT method is tested in a simulation of a turbulent boundary layer.The results are used to demonstrate how this method identifies the excitation in the low wavenumbers. The method can appear particularly interesting, since it allows to extract a very small component that is highly responsible for vibration and noise radiated by the plate and that is impossible to measure using flush-mounted sensors like microphones.In a second study, the implementation of these techniques is studied by applying the CFAT method. This approach allows to drastically reduce the number of sensors and make the inverse method usable with existing techniques of measurement. The method is tested on the simulation of a turbulent boundary layer and on an experimentation in a wind tunnel where a turbulent flow is generated by a forward-facing step. A new indicator is introduced and identifies if the acoustic and aerodynamic components arestrongly separated and if the results obtained by the CFAT method correspond only to the acoustic component or not.

Une meilleure compréhension des relations entre la structure complexe de l'os cortical et ses propriétés mécaniques est nécessaire à l'évaluation de la qualité osseuse. Les méthodes conventionnelles ex vivo de mesure de l'élasticité à l'échelle du millimètre ont des limitations liées à l'anisotropie du tissu, à son inhomogénéité et à la petite taille des échantillons. Au contraire, la spectroscopie par résonance ultrasonore (RUS) est bien adaptée à la mesure de petits échantillons anisotropes. Cette méthode estime l'élasticité à partir des fréquences de résonance de l'échantillon, et l'amortissement à partir de la largeur des pics de résonance. Son application à l'os était considérée difficile, du fait de l'amortissement important des modes de vibration, qui induit un recouvrement des pics de résonance et complique la mesure des fréquences. Pour surmonter cette difficulté, des adaptions de la méthode - dans la mesure, le traitement du signal et l'estimation des propriétés du matériau - ont été proposées. Elles ont été validées sur de l'os cortical et sur des échantillons de polymère et de matériau composite imitant l'os. La précision de la méthode a été démontrée, ainsi que sa capacité à mesurer tous les termes du tenseur d'élasticité à partir d'un seul échantillon. De plus, une nouvelle formulation Bayésienne de l'inversion apporte une solution automatique à un problème qui nécessitait une stratégie fastidieuse d'essai-erreur ou de complexes modifications du dispositif expérimental. Finalement, l'application à une grande collection d'échantillons de tibias humains démontre que la méthode RUS pourrait être utilisée en routine pour la mesure de la viscoélasticité de l'os. / Deep understanding of the structure-function relationships of cortical bone in the context of bone quality assessment is still missing. Currently available methods to measure millimeter-scale elasticity ex vivo have limitations arising from theanisotropy of the tissue, its heterogeneity, and the small size of the specimens.Resonant ultrasound spectroscopy is particularly suitable for the measurement of small anisotropic specimens. This method estimates elasticity from the free resonant frequencies of a specimen, and damping from the width of the resonant peaks. Its application to cortical bone was considered challenging because of the high damping of the vibrations modes, which causes overlapping of the resonant peaks and prevents a direct measurement of the resonant frequencies. To overcome the difficulty,adaptations of all the steps of RUS – measurement, signal processing and inverse estimation of the material properties – have been introduced. Validation of each step of the procedure has been achieved by application to several test samples, including a cortical bone specimen and bone-mimicking composite and polymer specimens.RUS was shown to be precise and accurate, with the advantage of providing the complete stiffness tensor from the measurement of a single specimen. Additionally, an original Bayesian formulation of the inversion provides an automated solution toa problem that was previously solved by tedious trial-and-error procedures or complex additions to the basic experimental setup. Finally, the application to a large collection of human tibiae specimens demonstrates that RUS can be considered a routine method to characterize the viscoelasticity of bone.

Le travail dans cette thèse a consisté à l'étude de la propagation des ondes, en particulier la considération d'un problème de cloaking d'une part et d'un problème inverse d’identification de fissure d'autre part. Nous nous intéressons particulièrement à appliquer une stratégie qui est basé sur un changement de variable pour rendre un objet invisible, la validation numérique des résultats de ce problème a été réalisée par la librairie éléments finies XLiFE++. L'analyse de différents aspects mathématiques du problème de cloaking pour une équation elliptique non linéaire a fait l'objet du chapitre deux. La détermination de l'opérateur Dirichlet-Neumann associé à l'opérateur quasi-linéaire nous a permis d'adapter la technique de transformation utilisé pour le cadre des équations différentielles elliptiques linéaire afin de définir la notion de cloaking pour un problème non linéaire. Pour la dernière partie nous nous sommes intéressés à la reconstruction de fissures pour un problème thermique, pour cela un lien entre l'écart à la réciprocité et la transformée de Fourier du saut de la température à travers la fissure a été établi, ce qui nous a amené à développer un algorithme rapide pour la résolution numérique. / We are concerned with the study of the propagation of waves, in particular the consideration of a cloaking problem on the one hand and of a problem of cracks reconstruction on the second hand. We focus more particularly in applying a strategy that is based on a change of variable to cloak an object. The validation with numerical results has been achieved by the nite element library XLiFE++. The analysis of different mathematical aspects of the cloaking problem for a quasilinear elliptic equation has been the subject of chapter two. The determination of the Dirichlet-Neumann operator associated with the quasilinear operator allowed us to adapt the transformation technique used for the frame-work of linear elliptic differential equations to define the notion of cloaking for our nonlinear problem. For the last part we are interested in crack reconstruction for a thermal problem. For that, a link between the reciprocity gap and the Fourier transform of the temperature jump through the cracks was established, which has led to the development of a fast algorithm for numerical resolution.

On identifie simultanément les coefficients d'emmagasinement et de transmissivité hydraulique dans un écoulement souterrain gouvernent par une équation parabolique linéaire. Ces deux paramètres sont supposés être des fonctions constantes par morceaux en espace. Les inconnues du problème sont non seulement les valeurs de ces coefficients mais aussi la géométrie des zones dans lesquelles ces coefficients sont constants. Le problème est formule comme la minimisation d'une fonction de moindres carres calculant la différence entre les mesures et les quantités correspondantes évaluées avec la valeur courante des paramètres. L'objectif principal de ce travail est la construction d'une technique de paramétrisation adaptative guidée par des indicateurs de raffinement. L'utilisation d'indicateurs de raffinement, nous permet de construisons la paramétrisation de façon itérative, on allant d'une paramétrisation à une seule zone à une paramétrisation avec m zones où m est une valeur optimale à identifier. Nous distinguons les cas ou les deux paramètres ont la même paramétrisation et le cas où les deux paramètres ont des paramétrisations différentes. Pour améliorer la résolution du problème inverse d'estimation de paramètres, nous incorporons des estimateurs d'erreurs a posteriori. / We identify simultaneously storage and hydraulic transmissivity coefficients in groundwater flow governed by a linear parabolic equation. Both parameters are assumed to be functions piecewise constant in space. The unknowns are the coefficient values as well as the geometry of the zones where these coefficients are constant. This problem is formulated as minimizing a least-square function calculating the difference between measurements and the corresponding quantities computed with the current parameters values. The main point of this work is to construct an adaptative parameterization technique guided by refinement indicators. Using refinement indicators, we build the parameterization iteratively, going from a one zone parametrization to a parametrization with $m$ zones where $m$ is an optimal value to identify. We distinguish the cases where the two parameters have the same parameterization and different parameterizations.\\ To improve the resolution of the inverse problem, we incorporate a posteriori error estimations.

La tomographie en 2D et 3D sont largement utilisée dans l’imagerie médicale ainsi que dans le Contrôle Non Destructif (CND) pour l’industrie. Dans toutes les deux applications, il est nécessaire de réduire le nombre de projections. Dans certains cas, la reconstruction doit être faite avec un nombre d’angle de projections limité. Les données mesurées sont toujours avec des erreurs (erreurs de mesure et de modélisation). Nous sommes donc presque toujours dans la situation de problèmes inversés mal posés. Le rôle des méthodes probabilistes et de la modélisation a priori devient crucial. Pour la modélisation a priori, en particulier dans les applications NDT, l’objet à l’examen est composé de plusieurs matériaux homogènes, avec plusieurs blocs continus séparés par des discontinuités et des contours. Ce type d’objet est dit continu par morceaux. L’objet de cette thèse est sur la reconstruction des objets continu ou constante par morceaux, ou plus généralement homogène par morceaux. En résumé, deux méthodes principales sont proposées dans le contexte de l’inférence bayésienne. La première méthode consiste à reconstruire l’objet en imposant que sa transformée de Haar soit parcimonieuse. Un modèle bayésien hiérarchique est proposé. Dans cette méthode, les variables et les paramètres sont estimés et les hyper-paramètres sont initialisés selon la définition des modèles antérieurs. La deuxième méthode reconstruit les objets en estimant simultanément les contours. L’objet continu par morceaux est modélisé par un modèle markovien non-homogène, qui dépend du gradient de l’objet, et le gradient dépend aussi de l’estimation de l’objet. Cette méthode est également semi-supervisé, avec les paramètres estimés automatiquement. Ces méthodes sont adaptées aux reconstructions de grande taille de données 3D, dans lesquelles le processeur GPU est utilisé pour accélérer les calculs. Les méthodes sont validées avec des données simulées et des données réelles, et sont comparées avec plusieurs méthodes classiques. / 2D and 3D X-ray Computed Tomography (CT) is widely used in medical imaging as well as in Non Destructive Testing (NDT) for industrial applications. In both domains, there is a need to reduce the number of projections. In some cases we may also be limited in angles. The measured data are always with errors (measurement and modelling errors). We are consequently almost always in the situation of ill-posed inverse problems. The role of the probabilistic methods and the prior modelling become crucial. For prior modelling, in particular in NDT applications, the object under examination is composed with several homogeneous materials, with several continuous blocs separated by some discontinuities and contours. This type of object is called the piecewise-continuous object. The focus of this thesis on the reconstruction of the picewise continuous or constant, or more generally piecewise homogeneous objects. In summary two main methods are proposed in the context of the Bayesian inference. The first method consists in reconstructing the object while enforcing the sparsity of the discrete Haar transformation coefficients of the object. A hierarchical Bayesian model is proposed. In this method, the unknown variables and parameters are estimated and the hyper-parameters are initialized according to the definition of prior models. The second method reconstruct objects while the contours are estimated simultaneously. The piecewise continuous object is modeled by a non-homogeneous Markovian model, which depends on the gradient of the object, while the gradient also depends on the estimation of the object. In this methods, the semi-supervised system model is also achieved, with the parameters estimated automatically. Both methods are adapted to the 3D big data size reconstructions, in which the GPU processor is used to accelerate the computation. The methods are validated with both simulated and real data, and are compared with several conventional state-of-the-art methods.

Nous sommes intéressés dans cette thèse par l'analyse de la diffraction directe et inverse des ondes par des couches infinies périodiques localement perturbées à une fréquence fixe. Ce problème a des connexions avec le contrôle non destructif des structures périodiques telles que des structures photoniques, des fibres optiques, des réseaux, etc. Nous analysons d'abord le problème direct et établissons certaines conditions sur l'indice de réfraction pour lesquelles il n'existe pas de modes guidés. Ce type de résultat est important car il montre les cas pour lesquels les mesures peuvent être effectuées par exemple sur une couche au dessus de la structure périodique sans perdre des informations importantes dans la partie propagative de l'onde. Nous proposons ensuite une méthode numérique pour résoudre le problème de diffraction basée sur l'utilisation de la transformée de Floquet-Bloch dans les directions de périodicité. Nous discrétisons le problème de manière uniforme dans la variable de Floquet-Bloch et utilisons une méthode spectrale dans la discrétisation spatiale. La discrétisation en espace exploite une reformulation volumétrique du problème dans une cellule (équation intégrale de Lippmann-Schwinger) et une périodisation du noyau dans la direction perpendiculaire à la périodicité. Cette dernière transformation permet d'utiliser des techniques de type FFT pour accélérer le produit matrice-vecteur dans une méthode itérative pour résoudre le système linéaire. On aboutit à un système d'équations intégrales couplées (à cause de la perturbation locale) qui peuvent être résolues en utilisant une décomposition de Jacobi. L'analyse de la convergence est faite seulement dans le cas avec absorption et la validation numérique est réalisées sur des exemples 2D. Pour le problème inverse, nous étendons l'utilisation de trois méthodes d'échantillonnage pour résoudre le problème de la reconstruction de la géométrie du défaut à partir de la connaissance de données mutistatiques associées à des ondes incidentes planes en champ proche (c.à.d incluant certains modes évanescents). Nous analysons ces méthodes pour le problème semi-discrétisée dans la variable Floquet-Bloch. Nous proposons ensuite une nouvelle méthode d'imagerie capable de visualiser directement la géométrie du défaut sans savoir ni les propriétés physiques du milieux périodique, ni les propriétés physiques du défaut. Cette méthode que l'on appelle imagerie-différentielle est basée sur l'analyse des méthodes d'échantillonnage pour un seul mode de Floquet-Bloch et la relation avec les solutions de problèmes de transmission intérieurs d'un type nouveau. Les études théoriques sont corroborées par des expérimentations numériques sur des données synthétiques. Notre analyse est faite d'abord pour l'équation d'onde scalaire où le contraste est sur le terme d'ordre inférieur de l'opérateur de Helmholtz. Nous esquissons ensuite l'extension aux cas où la le contraste est également présent dans l'opérateur principal. Nous complémentons notre travail par deux résultats sur l'analyse du problème de diffraction pour des matériaux périodiques ayant des indices négatifs. Nous établissons en premier le caractère bien posé du problème en 2D dans le cas d'un contraste est égal à -1. Nous montrons également le caractère Fredholm de la formulation Lipmann-Schwinger du problème en utilisant l'approche de T-coercivité dans le cas d'un contraste différent de -1. / We are interested in this thesis by the analysis of scattering and inverse scattering problems for locally perturbed periodic infinite layers at a fixed frequency. This problem has connexions with non destructive testings of periodic media like photonics structures, optical fibers, gratings, etc. We first analyze the forward scattering problem and establish some conditions under which there exist no guided modes. This type of conditions is important as it shows that measurements can be done on a layer above the structure without loosing substantial informations in the propagative part of the wave. We then propose a numerical method that solves the direct scattering problem based on Floquet-Bloch transform in the periodicity directions of the background media. We discretize the problem uniformly in the Floquet-Bloch variable and use a spectral method in the space variable. The discretization in space exploits a volumetric reformulation of the problem in a cell (Lippmann-Schwinger integral equation) and a periodization of the kernel in the direction orthogonal to the periodicity. The latter allows the use of FFT techniques to speed up Matrix-Vector product in an iterative to solve the linear system. One ends up with a system of coupled integral equations that can be solved using a Jacobi decomposition. The convergence analysis is done for the case with absorption and numerical validating results are conducted in 2D. For the inverse problem we extend the use of three sampling methods to solve the problem of retrieving the defect from the knowledge of mutistatic data associated with incident near field plane waves. We analyze these methods for the semi-discretized problem in the Floquet-Bloch variable. We then propose a new method capable of retrieving directly the defect without knowing either the background material properties nor the defect properties. This so-called differential-imaging functional that we propose is based on the analysis of sampling methods for a single Floquet-Bloch mode and the relation with solutions toso-called interior transmission problems. The theoretical investigations are corroborated with numerical experiments on synthetic data. Our analysis is done first for the scalar wave equation where the contrast is the lower order term of the Helmholtz operator. We then sketch the extension to the cases where the contrast is also present in the main operator. We complement our thesis with two results on the analysis of the scattering problem for periodic materials with negative indices. Weestablish the well posedness of the problem in 2D in the case of a contrast equals -1. We also show the Fredholm properties of the volume potential formulation of the problem using the T-coercivity approach in the case of a contrast different from -1.

Des nombreuses industries composites cherchent à étendre le champ d'application des composites structuraux à fibres continues pour d'autre marché que l'aéronautique. Être compétitif sur ces marchés potentiels, tel l'automobile, implique de se conformer à des contraintes différentes; de coût, de temps de mise en œuvre, de trace écologique. Dans ce cadre les résines thermodurcissables sont remplacées par des résines thermoplastiques permettant des temps de cycle cours. Ces temps de cycle cours favorisent l'apparition de défauts potentiellement important et une question récurrente dans ce cadre est: Comment traiter des défauts? Un des aspects de cette question est celui de la détection et de la caractérisation des défauts. L'approche actuelle est celle des techniques non destructives. Celles ci sont longues, coûteuses et complexes et apparaissent donc mal adaptées aux contraintes de coûts et de temps caractéristique de la plupart des produits grands diffusions. Ce problème a motivé ce travail de thèse: est-il possible de détecter et d'estimer l'effet des défauts sans avoir recours à des techniques d'essais non destructifs complexes et coûteuses? Une réponse acceptable pourrait conduire à moins de précision, mais devrait fournir des informations quantitatives suffisantes pour les applications. La voie étudiée dans cette thèse est celle de l'exploitation par approches inverse d'essais mécaniques statiques suivis par mesure de champs par corrélation d'images numériques. Seuls la localisation et la caractérisation de grands défauts est visée. Des essais de flambement ont été choisis en raison de leur sensibilité supposée aux défauts. Parmi les approches inverses, nous nous sommes concentrés sur la méthode de l'erreur en relation de comportement modifiée (MCRE). En effet cette méthode a, par le passé, montrée de très bonnes propriétés de localisation dans le cas d'essais de vibrations couvrant plusieurs fréquences propres. En vue d'obtenir une formulation simple et rapide nous avons privilégié une exploitation approchée des essais par l'intermédiaire d'une approche linéarisée du flambage. Une extension de la MCRE dans ce cadre a été proposée. Cette formulation pose, notamment la difficulté de traiter des résultats expérimentaux qui se présentent non pas sous la forme d'une réponse de flambage pure mais, en raison des défauts géométriques, d'une réponse non-linéaire dés le début des essais. Pour essayer de contourner cette difficulté une exploitation des essais au moyen du diagramme de Southwell a été utilisée. Elle permet, au moins pour des éprouvettes élancées, de déterminer la charge critique théorique d'une éprouvette sans défauts géométriques mais avec défauts matériels. La stéréo corrélation d'images numériques (StereoDIC) est exploitée pour reconstruire la déformée la forme de l'échantillon pendant le test. Les intérêts et les limites de la méthodologie sont discutés sur la base d'essais numériques et l'essai flambage est comparé aux essais de traction, flexion ou de vibration. Il est montré que l'exploitation d'essais de flambage par l'approche proposée est efficace au moins dans le cas d'imperfections géométriques modérées. Finalement la méthode est exploitée dans le cas d'essais expérimentaux à la fois pour un spécimen presque parfait et pour une pièce défectueuse, où une zone d'ondulation de la fibre est introduite. Les résultats obtenus sont encourageants. / Composite materials are nowadays extending their operational field to industrial applications other than aeronautics. New potential markets, such as automotive, imply the need to comply with different constraints; reduced cost and production time become more binding, taking the lead over the complete absence of defects. The drawback to fast automatized procedure is the higher defectiveness of the components produced, a deeper control of the part is therefore needed. Non-destructive techniques are expensive both in terms of cost and time and therefore the main question we tried to answer in this thesis is: is it possible to detect and estimate the effect of defects without resorting to the complex and time-consuming NDT techniques? An acceptable answer may potentially lead to a lower precision but should guarantee sufficient quantitative information for these applications. The thesis aims at exploring possibilities to use classical mechanical test combined with Digital Image correlation and inverse procedure to localize and characterized possible (large) defects. Buckling tests have been chosen at first due their supposed sensitivity to defects. Among the possible inverse technique, we have chosen to extend the so-called Modified Error in Constitutive Relation to the case of buckling because, in the case of vibration tests performed with several frequencies, the MCRE proved to have very good localization properties. The dedicated formulation of the MCRE for linearized buckling requires a post-processing of the non-linear experimental results. The Southwell plot is here employed to reconstruct the eigenvalue, the critical load, of the equivalent eigenvalue problem (i.e. the solution of the problem with material defect and no geometrical ones) and the Stereo Digital Image Correlation (StereoDIC) is exploited to reconstruct the deformed shape of the specimen during the test, used as mode. The interests and limits of the methodology are discussed notably through the comparison of numerical results using the MCRE in case of traction, flexion or vibration tests. It is shown that the linearized buckling based MCRE technique proves well for pseudo-experimental measurements at least for moderate geometrical imperfections. In addition first experiments have been performed; the defects are characterized from real experimental specimens, both for a nominally perfect specimen and for a defective one, where a zone of fibre waviness is induced. Stereo Digital Image Correlation (StereoDIC) is exploited to reconstruct the deformed shape of the specimen during the test, this shape being used as an approximation of the buckling mode. While on the first one no defects are detected, on the flawed specimen the localized area is in reasonable agreement with the area affected by fibre undulations.