L'aspect visuel des pièces peintes d'une automobile contribue significativement à la qualité de l'ensemble du véhicule. Si les procédés industriels de dépôt de peinture mis en oeuvre au cours de la fabrication de l'automobile impactent de manière prépondérante l'aspect visuel des tôles revêtues, la qualité intrinsèque de la tôle utilisée n'en est pas moins un facteur essentiel de l'obtention de cet aspect. Nous nous intéressons dans ce projet de thèse à l'influence de la topographie des tôles rugueuses sur l'aspect des pièces automobiles après mise en peinture. Le dépôt des couches successives de cataphorèse, sealer et laque sur la tôle modifie en profondeur la rugosité des surfaces. Plusieurs modèles hydrodynamiques ont été développés au cours de ce projet de thèse, qui permettent de prédire la topographie finale de la tôle revêtue. L'accent est mis sur l'influence de la rhéologie, newtonienne ou non-newtonienne, de la peinture automobile sur la dynamique de l'écoulement. Une des principales difficultés relative à l'étude menée sur la peinture est la mesure des paramètres de rhéologie dans la configuration géométrique des films minces. Une méthode est présentée qui, via la résolution d'un problème inverse, permet une caractérisation in situ de la rhéologie de la peinture constitutive du film. Un important travail expérimental et le développement d'outils de caractérisation de la rugosité des surfaces, basés notamment sur la transformée en ondelette, ont permis de valider l'utilisation des différents modèles en vue de décrire les différentes étapes du procédé de mise en peinture. La question de l'interaction de la lumière avec les surfaces revêtues est enfin brièvement abordée. Un modèle permettant de prendre en compte l'influence de la rugosité et du phénomène de diffusion de la lumière au sein de la couche de peinture est présenté. Des simulations de rendus ont été réalisées à partir de ce modèle et confrontées à des rendus mesurés expérimentalement, qui donnent des résultats prometteurs.

Nous étudions l'influence des perturbations géométriques des parois d'un domaine sur les solutions d'équations aux dérivées partielles à valeurs vectorielles, à travers un effet géométrique appelé l'effet de rugosité. Cet effet consiste à transformer des conditions de non pénétration imposées sur une suite de parois oscillantes convergeant vers une paroi lisse, en une condition qualifiée de glissement dirigé avec friction, ou friction-driven, dont une formulation générale a été obtenue en 2009 par Bucur, Feireisl et Necasova. Nous caractérisons l'effet de rugosité produit par des parois périodiques ou cristallines à l'aide des mesures de Young et de mesures capacitaires permettant de comprendre l'effet des oscillations des vecteurs normaux. D'autre part, nous démontrons la stabilité de la trajectoire d'un solide déformable à faible nombre de Reynolds, par rapport aux déformations qu'on lui impose, et proposons un schéma numérique de résolution du modèle. C'est une première étape vers la compréhension d'un effet de rugosité dynamique produit par une famille continue de micro-déformations du bord. Enfin, nous considérons le problème de la traînée d'un solide immergé dans un fluide visqueux, avec des conditions friction-driven sur la paroi solide. Après avoir montré que le problème est bien posé, nous décrivons le problème de minimisation de la traînée en termes de micro-structure de la paroi associée à la condition friction-driven. À l'aide d'outils de gamma-convergence, nous montrons que ce problème de micro-optimisation de forme possède une solution. Nous validons ces résultats par des exemples numériques et mettons en oeuvre une méthode numérique d'optimisation.

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Depuis près d'un demi-siècle, les ingénieurs savent décrire et prévoir la propagation d'une fissure dans un milieu élastique homogène modèle. Le cas des matériaux réels est beaucoup plus complexe. En effet, on ne sait pas relier leur durée de vie ou leur résistance à leur microstructure. Passage obligé avant de telles prédictions, il est nécessaire de comprendre comment le désordre structural du matériau influe sur le comportement d'une fissure. Dans cette optique, les surfaces de rupture représentent un champ d'investigation très prometteur. A travers une étude portant sur divers matériaux hétérogènes, nous caractérisons les propriétés statistiques de leur rugosité et déterminons dans quelle mesure elles sont indépendantes du matériau. Nous montrons notamment que les surfaces de rupture présentent des propriétés d'invariance d'échelle anisotropes, caractérisées par deux exposants universels. Etudiant ensuite une céramique de verre, matériau hétérogène modèle dont on peut contrôler la microstructure, on montre qu'il existe une seconde classe de surfaces de rupture caractérisée par la même structure anisotrope mais présentant des exposants plus faibles. Utilisant enfin des outils théoriques issus de la physique statistique hors équilibre combinés avec la mécanique de la rupture, nous établissons le lien entre ces propriétés e! t les mécanismes généraux de rupture à l'échelle microscopique. Cette étude nous permet notamment d'associer les deux classes de surfaces de rupture à un processus de fissuration mettant en jeux de l'endommagement pour l'un et à une rupture parfaitement fragile pour l'autre.

GaAs et AlAs sont deux bons conducteurs de la chaleur. Or, le matériau artificiel obtenu par empilement de couches nanométriques de ces deux matériaux est un mauvais conducteur. 1 Cet effet remarquable de la nanostructuration est encore mal compris mais deux ingrédients semblent devoir être considérés : 1) la modification profonde des courbes de dispersion des phonons (effet "intrinsèque"), 2) la diffusion des phonons par les défauts localisés aux interfaces (effet "non-intrinsèque"). Il est très difficile de quantifier l'importance relative de ces deux effets. Toutefois, les théories basées uniquement sur les effets intrinsèques ne rendent pas compte de la totalité de la réduction de conductivité observée expérimentalement. Ainsi, le point de vue généralement adopté à ce jour associe le mécanisme dominant à la présence de défauts aux interfaces. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes de conduction thermique dans les super-réseaux. Pour celà, nous avons étudié expérimentalement l'importance relative des deux effets, intrinsèque et non-intrinsèque, en comparant les propriétés de deux familles d'échantillons, la première présentant des interfaces quasi-parfaites, la seconde présentant des interfaces dégradées. Nous nous sommes intéressés aux super-réseaux (GaAs)n/(AlAs)n. La croissance de ces matériaux est en effet bien maîtrisée et l'accord de maille quasi-parfait entre GaAs et AlAs permet l'élaboration de super-réseaux présentant des interfaces très abruptes. On contrôle alors la qualité des interfaces en ajustant les conditions de croissance. Au delà de l'intérêt fondamental, les études sur les super-réseaux peuvent être utiles à des applications telles que les dispositifs thermoélectriques ou les lasers à semi-conducteurs. Un certain nombre d'études ont montré qu'un super-réseau pouvait avoir une efficacité thermoélec- trique supérieure à celle d'un matériau massif. Or, l'efficacité d'un matériau thermoélectrique augmente lorsque sa conductivité thermique diminue. Il serait alors avantageux de diminuer la conductivité thermique des super-réseaux thermoélectriques. Par contre, les problèmes d'évacuation de chaleur rencontrés dans les lasers utilisant des super-réseaux (puits quantiques) montrent qu'il serait avantageux d'augmenter la conductivité thermique.

Les industriels sont actuellement de plus en plus nombreux à s'intéresser aux propriétés psychosensorielles de leurs produits. Le toucher, au même titre que les autres sens, joue un rôle important dans la décision d'achat des consommateurs. Ce travail porte sur l'exploration de l'incidence des propriétés topographiques de surface sur les sensations de rugosité au toucher et sur l'influence de la texture couleur sur les perceptions de rugosité tactile. Les expériences ont été menées sur divers materiaux derivés du bois de pin maritime. Ces matériaux sont soit bruts ou poncés avec différentes tailles de grains. Pour cela, trois études complémentaires ont été réalisées :A) mesures des paramètres de rugosité par deux techniques d'acquisition 3d sans contact, B) acquisitions d'images à l'aide d'un appareil photo numérique sous la même condition d'illumination,C) évaluation sensorielle des échantillons par un panel de sujets naïfs. Les résultats sont confrontés afin de trouver les corrélations entre les propriétés physiques mesurées et les résultats de mesures sensorielles.

Dans le cadre du contrôle non destructif, l'étude de la propagation d'ondes dans des guides rugueux ouvre la voie à diverses applications, telles la caractérisation de l'état de surface d'un matériau ou de la qualité d'un collage dans une structure assemblée, la détection d'effets de corrosion ou d'imperfections d'usinages, ... Dans ce contexte, l'étude menée au cours de cette thèse porte sur l'analyse des effets de rugosité de frontières de guides d'ondes fluides ou solides sur la propagation des ondes acoustiques, en vue, en pratique, de caractériser cette rugosité. Le processus de diffusion sur des rugosités de parois se traduit par des couplages modaux, transferts d'énergie entre modes créés ou non par des sources, modes propres pour ondes de pression en fluides ou pour ondes SH en solides, modes de Lamb en guides solides. Qu'il s'agisse de champs à caractère scalaire (en fluide ou ondes SH en solide) ou vectoriel (ondes de Lamb), un modèle nouveau, qui repose sur une formulation intégrale des équations scalaires de propagation, est mis en œuvre, modèle dans lequel le choix des fonctions de Green joue un rôle prépondérant. Les relations entre champs acoustiques (de pression ou élastiques) et profils de rugosité ont été étudiées pour tous types de rugosité, mais plus particulièrement pour des rugosités périodiques qui permettent des analyses plus avancées. La relation entre les densités spectrales de puissance (DSP) des profils de rugosité et les coefficients de réflexion et de transmission en énergie des modes guidés est établie ; certains résultats obtenus ont été comparés à ceux d'expériences réalisées à cet effet.

Le bruit de frottement de deux surfaces rugueuses est dû à la vibration verticale engendrée par les impacts inter-aspérités de deux solides glissants. Il relève de la physique des interfaces multicontact dont les propriétés sont encore largement méconnues. L'objet de cette thèse est de comprendre les mécanismes de transfert d'énergie et de génération des vibrations à l'oeuvre à l'interface entre deux surfaces rugueuses en glissement relatif. Ces interfaces présentent des spots de contact qui se renouvellent très rapidement mais dont la physique statistique reste à découvrir. Un outil numérique est spécialement développé pour étudier efficacement ce phénomène aux échelles microscopique et macroscopique. Les simulations sont effectuées à l'aide de centres de calcul haute performance à Lyon. Elles ont mené aux conclusions suivantes. Le niveau de la vibration Lv (dB) est une fonction croissante du logarithme de la rugosité de surface Ra et de la vitesse de glissement V, ce qui est en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature. De plus, grâce à cet outil numérique, on a pu analyser précisément les chocs entre surfaces définis à partir de l'évolution temporelle de la force de contact. Leur durée est de l'ordre de 0.1 ms, la force maximale de contact peut atteindre 100 fois le poids propre du solide glissant, et le nombre de chocs est de l'ordre de 10000 par seconde pour une surface de l'ordre de 4 cm2. Les chocs sont donc des excitations transitoires brèves mais nombreuses et intenses. Ces chocs se comportent comme les sources d'énergie vibratoire qui sont responsables d'un transfert d'énergie à l'interface. C'est en effet la transformation de l'énergie cinétique du mouvement solide glissant en énergie vibratoire qui est responsable du bruit de frottement.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'idée du tatouage dans le traitement du son.Les recherches en tatouage audio se sont principalement tournées vers des applications sécuritaires ou de transmission de données auxiliaires. Une des applications visées par ce concept consiste à améliorer la qualité du signal hôte ayant subi des transformations et ceci en exploitant l'information qu'il véhicule. Le tatouage audio est donc considéré comme mémoire porteuse d'informations sur le signal originel. La compression à bas débit des signaux audio est une des applications visée par ce concept. Dans ce cadre, deux objectifs sont proposés : la réduction du pré-écho et de l'amollissement d'attaque, deux phénomènes introduits par les codeurs audio perceptifs, en particulier les codeurs AAC et MP3; la préservation de l'harmonicité des signaux audio dégradée par les codeurs perceptifs à extension de bande, en particulier le codeur HE-AAC.La première partie de ce manuscrit présente les principes de base des systèmes de codage bas débit et étudie les différentes distorsions introduites par ces derniers. Fondées sur cette étude, deux solutions sont proposées. La première, visant principalement la réduction du pré-écho, consiste à corriger l'enveloppe temporelle du signal après réception en exploitant la connaissance a priori de l'enveloppe temporelle du signal original, supposée transmise par un canal auxiliaire à faible débit (< 500 bits/s). La seconde solution vise à corriger les ruptures d'harmonicité générées par les codeurs à extension de bande. Ce phénomène touche essentiellement les signaux fortement harmoniques (exemple : violon) et est perçu comme une dissonance. Une préservation de l'harmonicité des signaux audio par des opérations de translation spectrale est alors proposée, les paramètres étant là encore transmis par un canal auxiliaire à faible débit.La seconde partie de ce document est consacrée à l'intégration du tatouage audio dans les techniques de renforcement de la qualité des signaux audio précitées. Dans ce contexte, le tatouage audio remplace le canal auxiliaire précédent et œuvre comme une mémoire du signal originel, porteuse d'informations nécessaires pour la correction d'harmonicité et la réduction de pré-écho. Cette seconde partie a été précédée par une étape approfondie de l'évaluation des performances de la technique de tatouage adoptée en terme de robustesse à la compression MPEG (MP3, AAC et aacPlus).

Un nombre croissant d'applications font intervenir des systèmes revêtus. Ainsi, le développement des techniques de dépôt et des essais d'adhérence prennent de l'ampleur. Le projet LASAT (LASer Adhérence Test) propose un essai sans contact basé sur le choc laser, automatisable pouvant être intégré dans un environnement industriel. Cette technique repose sur la génération de traction à l'interface suite à la propagation d'un choc dans une cible substrat/dépôt. Afin d'intégrer la réalité industrielle de fabrication des échantillons, cette étude montre l'influence de la rugosité d'interface et de porosités sur la propagation des chocs au sein des échantillons et la mise en traction de l'interface. Le choc laser limitant le test à de faibles épaisseurs d'échantillons (<1mm), des solutions nouvelles sont étudiées pour étendre le test des systèmes plus épais. L'impact de feuilles accélérées par laser permet de réaliser le test sur des systèmes de quelques millimètres d'épaisseur.