Le laminage à chaud des aciers représente une des étapes les plus critiques dans l'obtention de produits finis ayant une bonne qualité de surface. L'augmentation de la productivité ajoutée à l'accroissement des besoins du client induit des règles de plus en plus sévères pour les trains à bandes. L'aspect de surface d'une bande est un enjeu très important en termes de coûts d'opération du laminoir et de limitation de productivité. Parmi tous les défauts de surface, le plus défavorable provient de la couche d'oxyde (calamine) formée à la surface de l'acier pendant le laminage à chaud, à l'entrée du finisseur (dernière partie du laminoir): la calamine secondaire dont le comportement mécanique est toujours mal connu. La calamine secondaire peut être fissurée sous les contraintes imposées par les passes successives de laminage, et peut être incrustée dans son substrat en acier; ce défaut est appelé "défaut de calamine incrustée". De plus, l'extrusion du métal sous-jacent dans les fissures de calamine engendre d'importantes modifications locales des conditions de frottement et de transfert thermique. En conséquence, une description précise des mécanismes de déformation de la calamine est nécessaire pour définir au mieux les conditions aux limites sous emprise, et mieux comprendre les mécanismes de défauts d'incrustation. Notre objectif scientifique est donc de réaliser un modèle physique et numérique réaliste, capable de simuler l'écoulement de la calamine dans une emprise de laminage, et en particulier son endommagement. Après la présentation du procédé industriel et du contexte de l'étude, les propriétés physiques et mécaniques des calamines dans le finisseur sont mises en évidences. Le logiciel éléments finis Forge2® sélectionné pour cette étude pour simuler le comportement de la calamine dans une cage de finisseur est présenté. Les développements numériques réalisés pour simuler les différents types d'endommagement de la calamine (fissure, décohésion, glissement, extrusion) sont décrits. Trois tests mécaniques ont été sélectionnés pour reproduire les sollicitations subies par la couche d'oxyde en entrée d'emprise et pouvant conduire à sa fissuration: le test de flexion 4 points, le test de traction et le bipoinçonnement. Une étude numérique est réalisée en parallèle. Avec ces trois essais mécaniques, réalisés à chaud, la description mécanique d'une cage de laminage est suffisamment complète pour simuler le procédé industriel dans de bonnes conditions.

La maintenance, la réparation et le renforcement de murs en maçonnerie par matériaux composites collés nécessitent le développement de méthodes et techniques d'évaluation de l'aptitude au service et de requalification tant pour leur restauration fonctionnelle que pour leur adaptation à de nouvelles contraintes (évolution du zonage sismique par exemple). Le présent travail de thèse a pour objectif de proposer un outil d'évaluation par calcul de l'état limite ultime de murs en maçonnerie, renforcés par composites collés, chargés dans leur plan.Les travaux effectués concernent la modélisation par homogénéisation de murs en maçonnerie et une campagne expérimentale de caractérisation du transfert de charge entre un renfort en tissu de fibres de carbone et un support en blocs creux de béton par le biais d'un joint de colle. Pour modéliser la résistance des murs maçonnés, nous proposons une loi élastique parfaitement plastique pour le comportement dans le plan d'une maçonnerie constituée de blocs liés par des joints de mortier. Le convexe de plasticité est obtenu par une technique d'homogénéisation périodique qui prend en compte la nature tridimensionnelle de la cellule de base. On obtient alors un convexe limité par plusieurs surfaces de charge. Un algorithme numérique original est ensuite proposé et programmé dans le logiciel aux Eléments Finis ABAQUS. Des simulations numériques utilisant le module développé sont présentées

Le SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) est un procédé de récupération des huiles lourdes qui remporte énormément de succès, en particulier pour le bitume. Le SAGD génère des interactions complexes entre la géomécanique et les écoulements polyphasiques en milieux poreux. Dans ce procédé, l'injection de vapeur modifie la pression et de la température dans le réservoir, ce qui peut augmenter ou diminuer les contraintes effectives dans le réservoir. La quantification de l'état de contrainte et déformation dans le réservoir est essentielle pour effectuer un bon pronostic de la productivité du réservoir, pour vérifier l'intégrité de la couverture et les risques de fracturation hydraulique, et également pour interpréter correctement la sismique 4D en termes d'évolution de la chambre de vapeur. Dans le procédé SAGD, les effets géomécaniques de l'injection de vapeur dans le réservoir sont liés aux écoulements de fluide.. Le couplage réservoir-géomécanique est un sujet de recherche important. Pour effectuer ce type de simulation, une solution consiste à utiliser un simulateur en éléments finis pour décrire la géomécanique et un simulateur en volumes finis pour décrire les écoulements. Dans cette thèse, une simulation couplée thermo-hydro-mécanique du SAGD a été effectuée à l'aide du simulateur de réservoir PumaFlow et du simulateur de géomécanique Abaqus. Les principaux thèmes étudiés dans cette étude ont été (1) la stratégie de couplage, (2) la géométrie du système et (3) le type de maillage utilisé. Ce travail a été effectué sur des cas synthétiques.

Cette étude, inscrite dans le Programme National de Recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), porte sur la simulation numérique par éléments finis du refroidissement post-coulée de réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone (THTZ). Un modèle numérique thermique du refroidissement d'une dalle a été développé, à partir de mesures thermiques réalisées dans un moule lors d'une coulée en usine. Ce calcul a permis de situer dans le temps, pour les différents points de la dalle, les phénomènes intervenant au cours du refroidissement : solidification, fluage et transformation de la zircone. Des essais mécaniques isothermes et anisothermes ont permis de définir les équations constitutives du comportement en fluage (écrouissage isotrope) et lors de la transformation de phase de la zircone (modèle de plasticité de transformation de Leblond). A partir des chargements thermiques, les contraintes générées au cours du refroidissement ont été calculées, ainsi que les contraintes résiduelles après retour à température ambiante. La transformation de phase de la zircone, qui induit un gonflement volumique de 4%, semble s'avérer être le phénomène physique le plus critique pour ces deux types de contraintes. Les études paramétriques réalisées ont prouvé l'intérêt du modèle numérique en tant qu'outil d'aide à l'amélioration du procédé en jouant sur les propriétés de divers paramètres : propriétés du matériau coulé, géométrie du moule, propriétés de ses constituants,...

L'objectif technique majeur de cette thèse se rapporte au développement d'un outilde simulation numérique fiable et robuste adapté à la maîtrise et la connaissance dufonctionnement mécanique des ouvrages géotechniques. Cet outil de simulation doitnotamment permettre une maîtrise des scénarii les plus pénalisants pour leur tenue,notamment sous l'aléa sismique.La qualité des résultats d'un tel outil dans le cadre de la méthode des éléments finisest fonction du modèle de comportement utilisé, de la qualité de l'intégration dumodèle et de sa résolution numérique. Dans le cadre de ce travail, le modèleélastoplastique de comportement cyclique des sols de l'ECP (dit de Hujeux) a étéintroduit dans Code_Aster selon un schéma d'intégration implicite, permettant ainsiune représentation fine et précise des phénomènes mis en jeu durant l'aléasismique. Ce modèle possède également l'avantage d'être adapté au comportementde différents types de sols dans le cadre des milieux poreux sous l'hypothèse despetites déformations. Après validation sur des chemins de chargement variés, lemodèle est à présent utilisé pour la simulation de la construction par couches, de lamise en eau et de la tenue sismique de barrages en terre.Le caractère non standard et adoucissant de ce modèle conduit à mettre en oeuvredes techniques de régularisation pour résoudre le problème de dépendancepathologique des résultats aux maillages lors de l'apparition de modes de ruinelocalisée. Le modèle de second gradient de dilatation est utilisé en complément aumodèle de comportement de Hujeux pour contrôler la largeur des bandes delocalisation apparaissant sur les structures étudiées. La prise en compte d'unecinématique enrichie permet de rendre objectives aux maillages les réponses desstructures durant leur phase d'adoucissement mais n'instaure pas l'unicité dessolutions aux problèmes posés suite aux instabilités. Dans le cadre d'essaisbiaxiaux drainés sur des matériaux dilatants exprimés au sein des milieux dusecond gradient de dilatation, il est apparu une dépendance de la largeur desbandes de cisaillement à l'état de contraintes initial en plus des propriétés desmatériaux.A partir d'un exemple analytique d'une bande de matériau cisaillée, cettedépendance a pu être exprimée, comparée et maîtrisée en fonction des paramètresde régularisation par rapport aux résultats des simulations numériques. L'extensionde cette approche à un cas de stabilité de pente sous chargement d'une fondationsuperficielle a ensuite été entrepris. La dépendance des largeurs de bandes à l'étatde contraintes initial est apparue comme un élément clé de la maîtrise du couplageentre le modèle de second gradient de dilatation et les modèles de type Cam-Clay

Le principal objectif de la thèse est d'étudier le comportement du propergol, matériau énergétique utilisé dans la propulsion. Dans le but de modéliser de façon cohérente le comportement mécanique, il est nécessaire de comprendre les liens entre la physique du propergol (élastomère fortement chargé) et ses propriétés macroscopiques. Une analyse expérimentale et numérique multi-échelles est privilégiée dans notre étude. Un plan d'expérience est construit et conduit à la fabrication de 22 compositions, dont la microstructure est caractérisée grâce à des essais d'analyse physico-chimique. Une simulation numérique de la déformation de la microstructure permet de plus d'étudier la répartition hétérogène des contraintes dans celle-ci. Un essai de résonance magnétique nucléaire (RMN) sous contrainte est mis en place et réalisé de façon à analyser l'évolution de la mobilité des segments de chaînes de polymère lorsque le matériau est déformé. A l'échelle macroscopique, le comportement viscoélastique est caractérisé par plusieurs essais d'analyse mécanique dynamique (DMA). L'influence de la prédéformation est examinée à température ambiante puis en fonction de la température. Une forte non linéarité du comportement mesuré est observée en fonction de cette prédéformation et des micromécanismes de déformation sont mis en évidence. Enfin, l'isotropie de ces micromécanismes est analysée grâce à des essais de DMA sous prédéformations multiaxiales.

On peut constater une analogie étroite entre les mécanismes d'atomisation primaire dans une couche cisaillée diphasique et ceux précédant la transition au mélange dans une couche monophasique : l'instabilité primaire et la cinétique d'étirement des ligaments de fluide dense dans le courant rapide sont similaires dans les cas monophasiques et diphasiques si les vitesses d'injection et le rapport initial des masses volumiques sont les mêmes. L'atomisation primaire s'apparente au mélange turbulent de deux fluides pris dans la même phase pour les grands nombres de Reynolds et de Weber, comme dans le cas d'une injection LOx-H2 dans Vulcain. On choisit alors d'étudier l'influence du rapport initial de masse volumique sur la dynamique prétransitionnelle d'une couche monophasique plane au moyen de simulations numériques. A ce stade, la raideur des fonctions manipulées implique le recours aux solveurs hyperboliques de type solveur de Roe associés à des schémas Essentiellement Non Oscillants d'ordre élevé (WENO) et ce, pour la discrétisation des flux convectifs. Une fois établies les limites du compromis précision-robustesse des solveurs développés, deux directions d'étude sont privilégiées : tout d'abord des calculs Navier-Stokes, destinés à la compréhension des mécanismes fondamentaux de mélange, avant la transition à la turbulence 3D. L'étude révèle que, lorsque le rapport des masses volumiques entre les courants lents et rapides est supérieur à 1, la dynamique non-linéaire de la couche est gouvernée par un champ tourbillonaire asymétrique, au bilan duquel contribue fortement la distribution des gradients de masse volumique via le couple barocline. La possibilité de prendre en compte à la fois de forts rapports de masse volumique et des effets diffusifs variables permet d'établir les échelles intégrales de temps de mélange. Ensuite, des calculs conduits dans l'approche MILES, autorisant des nombres de Reynolds plus élevés, produisent des bases de données statistiques desquelles on peut estimer les composants des modèles de mélange pour les écoulements à masse volumiques très variables. Cette dernière étape sert la modélisation eulérienne de l'atomisation primaire.

Un procédé d'adsorption--électrodésorption sur textile de carbone activé est proposé afin de répondre à la problématique des composés organiques volatils à l'état de traces dans les gaz à fort potentiel énergétique: \emph{biogaz} et \emph{gaz de ville}. Une approche expérimentale en deux parties a été conduite afin de premièrement, sélectionner le matériau adéquat dans les conditions opératoires considérées et modéliser les phénomènes \emph{physico-chimiques} relatifs à l'adsorption et la désorption thermique; deuxièmement, mettre en \oe{}uvre ce matériau dans une unité pilote de purification en continu, à l'échelle du laboratoire. Un échantillon représentatif de COV est retenu: toluène, isopropanol, dichlorométhane, éthanethiol, octaméthylecyclotétrasiloxane et tétrahydrothiophène. L'adsorption et la désorption de ces composés sur différents textiles de carbone activé sont caractérisées, modélisées et quantifiées afin de pouvoir dimensionner l'unité pilote de traitement en continu. L'utilisation d'outils de simulation numérique des écoulements et de l'adsorption en continu amènent une réflexion globale sur les limites liées à la définition et à l'approche habituelle des modèles physiques dans ce type de procédé. Les résultats expérimentaux obtenus avec l'unité pilote de purification en continu offrent un premier jeu de données pour appréhender la faisabilité de ce procédé et dresser la liste des obstacles à surmonter avant tout industrialisation.

La volonté de préservation de l'environnement est de plus en plus présente dans nos sociétés. C'est la mise en place de la recherche de ce que l'on appelle le développement durable qui traduit cette volonté à tous les niveaux. Afin de s'inscrire dans cette démarche de développement durable, les autorités soumettent les industries à une pression sans cesse croissante afin de réduire les diverses pollutions qu'elles peuvent engendrer. Dans le cas de l'industrie cimentière, ce sont les émissions de CO2 et la consommation des matières premières qui sont essentiellement visées afin de réduire son impact sur l'environnement. Le développement des ciments avec ajouts minéraux, le plus souvent issus de procédés industriels, constitue une voie de réduction de la quantité de clinker contenue dans le ciment portland et donc de diminution des émissions. De tels ciments existent déjà et utilisent entre autre des laitiers de haut fourneau, fumées de silice ou cendres volantes. D'autre part, les ciments avec ajouts sont intéressants car ils possèdent aussi des propriétés spécifiques différentes du ciment Portland de type CEM I. C'est sur le dernier point des propriétés spécifiques des ciments avec ajouts associé à la pression croissante du développement durable que se fonde cette thèse. Notre travail vise à mettre au point une méthodologie de développement des ciments avec ajouts minéraux plus basée sur une approche numérique qu'expérimentale. Une telle méthodologie permettrait à l'industrie cimentière de développer de nouveaux produits tout en s'inscrivant dans le cadre du développement durable en valorisant des sous-produits d'autres industries. L'originalité de la présente méthodologie repose sur l'utilisation maximale d'outils informatiques et de la simulation en remplacement de l'expérimental qui constitue actuellement l'essentiel des études visant à développer de tels ciments. Ceci présente en effet comme intérêts majeurs une réduction des coûts et surtout des temps de développement des ciments qui peuvent durer des dizaines d'années notamment vis-à-vis des essais de durabilité. Le travail de thèse réalisé a tout d'abord consisté à donner une réalité fonctionnelle à la méthodologie qui se décompose en trois étapes successives de tests pour la sélection de la pertinence d'un sous-produit industriel en tant qu'ajout dans un ciment. Pour cela, trois logiciels ont été choisis : • CHESS, code de calcul géochimique, utilisé pour la première étape • VCCTL, code de génération de microstructure de pâte de ciment, utilisé pour la deuxième étape. • HYTEC, code de simulation de transport réactif, utilisé pour la troisième étape. Il a donc fallu adapter ces logiciels à leur utilisation dans le cadre de la méthodologie afin de pouvoir établir une synergie de fonctionnement entre eux. Cette adaptation nous a notamment conduit à une modification conséquente du code source du VCCTL afin de pouvoir étendre ses capacités à la prise en compte d'ajouts inconnus. Le travail s'est ensuite porté sur la validation pratique de la méthodologie en la confrontant à des résultats d'études expérimentales. Cette validation pratique s'est tout d'abord portée sur un CEM I puis sur des mélanges de ciment avec soit un laitier HF soit une cendre volante de lit fluidisé circulant (CVLFC). Les résultats obtenus confirment l'intérêt de l'approche en laissant toutefois entrevoir les limitations actuelles principalement dues aux outils informatiques.

Ce travail porte sur la simulation numérique tridimensionnelle par éléments finis du refroidissement primaire lors de la coulée continue d'aciers via le logiciel THERCAST. L'objectif de cette étude est de modéliser avec précision les régions solides, liquides (et pâteuses) présentes dans une lingotière de coulée continue. Dans ce contexte, la stratégie globale instationnaire est utilisée : le domaine de calcul croît à la vitesse de coulée. Afin de s'affranchir des difficultés liées aux approches purement eulériennes ou langrangiennes, nous proposons une méthode de type Eulérien-Lagrangien-ALE (Arbitrairement Lagrangienne Eulérienne). La peau solidifiée est modélisée par une loi de comportement élasto-visco-plastique. Une méthode de remaillage adaptatif automatique permet de la représenter finement grâce à un maillage anisotrope très fin dans le sens des gradients de température et de contrainte. Afin de modéliser les écoulements liquides, nous avons implémenter une méthode de transport sur la densité de bulles d'argon, couplée aux équations de Navier-Stokes par le terme de force gravitationnelle. Les effets turbulents sont pris en compte par le modèle k − " standard. Tous ces développements ont été confrontés avec succès à des résultats académiques ou à des benchmarks, bien que la simulation d'une configuration industrielle prenant en compte l'ensemble de ces méthodes et phénoménologies ne soit pas encore à notre portée.