Ce mémoire est consacré à la résolution des problèmes inverses. Il est divisé en deux parties, la première concerne les phénomènes mécaniques et la deuxième les phénomènes thermiques. Avant de proposer des algorithmes pour résoudre les problèmes inverses considérés, la résolution des problèmes directs est au préalable analysée en détail. Le premier thème développé dans la partie mécanique est l'identification des dix caractéristiques d'inertie d'un solide rigide. Les équations du mouvement sont formulées par une égalité entre matrices 4x4 antisymétriques, l'une associée au torseur dynamique, l'autre au torseur des efforts extérieurs. Les caractéristiques d'inertie sont regroupées en une matrice 4x4 symétrique défini-positive. Cette matrice intervient linéairement dans les équations du mouvement, la prise en compte de sa positivité est essentielle à la convergence de l'algorithme du type gradient conjugué projeté proposé pour l'identifier. Le deuxième thème abordé est l'identification du moment quadratique de la section droite d'une poutre en flexion. La partie thermique concerne l'identification de la conductivité thermique et de la chaleur volumique d'un solide dans le cas d'une propagation unidimensionnelle de la chaleur. La méthodologie développée est la suivante : Construction d'un algorithme A1 de résolution du problème direct, Construction d'un algorithme A2 de résolution du problème inverse, Validation de l'algorithme A2 à l'aide de simulations obtenues par l'algorithme A1, Identification des paramètres thermophysiques de trois polymères par exploitation de champs de température mesurés expérimentalement par thermographie infrarouge.

Ce travail est consacré à l'étude de problèmes de couplage fluide-structure par des méthodes de frontière immergée et de pénalisation.<br />Dans une première partie nous abordons les différents aspects de la simulation numérique de modèles couplant un fluide et une structure (formulation de l'écoulement, localisation de la structure et prise en compte des interactions), puis nous présentons les modèles sur lesquels nous nous concentrons dans la suite: fluide incompressible/membrane élastique et fluide incompressible/solide rigide.<br />Dans la deuxième partie nous étudions la stabilité numérique d'une formulation level-set de la méthode de frontière immergée pour le couplage fluide/membrane élastique. Une nouvelle condition de stabilité pour ce modèle est dérivée par analyse d'un modèle linéarisé 1D, puis validée numériquement en 2D.<br />Enfin la troisième partie est consacrée à l'analyse numérique d'une méthode de pénalisation pour le couplage fluide/solide rigide, dans laquelle la vitesse rigide est calculée par projection. Nous montrons la convergence du problème pénalisé vers une formulation faible du couplage, et illustrons ce résultat sur des tests numériques en sédimentation.

Dans cette thèse, nous présentons un modèle granulaire décrivant la dynamique d'un assemblage de floes rigides de tailles et de formes diverses, soumis aux forces de traînée dues aux courants atmosphérique et océanique. Ce modèle est basé sur les équations des moments linéaire et angulaire pour décrire la dynamique régulière des floes et sur la résolution de problèmes linéaires de complémentarité pour traiter les collisions entre les floes. Entre les collisions, le mouvement d'un floe isolé satisfait la conservation des équations des moments linéaire et angulaire écrites à partir des formulations classiques des traînées dues au vent et à l'océan. Nous décrivons les collisions entre les floes comme des événements instantanés et les traitons avant qu'elles n'entraînent une interpénétration. Cela implique la notion d'impulsion de contact et la mise sous la forme de problèmes linéaires de complémentarité basés sur la condition de Signorini pour la non interpénétration et la loi de Coulomb. La nature du contact est représentée à travers un coefficient de friction et un coefficient de restitution décrivant la perte d'énergie cinétique durant la collision. Dans cette présente version du modèle, le coefficient de restitution est fixé. Le modèle a été validé en utilisant des données obtenues du mouvement de disques de bois évoluant en bassin de test aussi bien qu'en comparant le comportement des floes simulés avec un comportement attendu dans des scénarios classiques de dérive de glace et de collisions entre des solides rigides. Les résultats de simulations comprenant différents assemblages contenant des floes de tailles et de formes variées, soumis à différents scénarios de forçage, sont aussi discutés. Ils montrent tout le potentiel de notre approche sans qu'une analyse détaillée et complète n'ait encore été proposée. / In this thesis, we present a model describing the dynamics of a population of ice floes with arbitrary shapes and sizes, which are exposed to atmospheric and oceanic skin drag. The granular model presented is based on simplified momentum equations for ice floe motion between collisions and on the resolution of linear complementarity problems to deal with ice floe collisions. Between collisions, the motion of an individual ice floe satisfies the linear and angular momentum conservation equations, with classical formula applied to account for atmospheric and oceanic skin drag. To deal with collisions, before they lead to interpenetration, we included a linear complementarity problem based on the Signorini condition and Coulombs law. The nature of the contact is described through a constant coefficient of friction, as well as a coefficient of restitution describing the loss of kinetic energy during the collision. In the present version of our model, this coefficient is fixed. The model was validated using data obtained from the motion of interacting artificial wood floes in a test basin. The results of simulations comprising few hundreds of ice floes of various shapes and sizes, exposed to different forcing scenarios, and under different configurations, are also discussed. They show that the progressive clustering of ice floes as the result of kinetic energy dissipation during collisions is well captured, and suggest a collisional regimes of floe dispersion at small scales, different from a large-scale regime essentially driven by wind forcing.

Avec en perspective l’application à la robotique ou à l’étude des milieux granulaires, nous discutons la formulation des problèmes de contacts avec frottement en dynamique et pour les systèmes constitués de solides rigides. L’approche usuelle est event driven et ne permet pas d’écrire de manière systématique un problème d’évolution. Ceci a motivé l’émergence d’une nouvelle approche dans le cas sans frottement que nous généralisons au cas avec frottement. Suivant le point de vue de Lagrange sur l’équation de la dynamique, nous mettons en exergue l’usage systématique des puissances virtuelles et de la dualité. Ce parti-pris suggère de mettre l’accent sur l’effort généralisé de réaction dans la formulation et non sur les forces de réactions locales dans le monde réel, comme il est usuel. Ce point de vue permet d’échapper à des pathologies connues sous le nom de paradoxe de Painlevé. / In the view of robotics or granular media mechanics, we question the statement of the dynamical evolution problem for multibody systems with contacts and friction. The usual approach is event driven and does not allow to state an evolution problem in a systematic way. This matter of fact gave rise to a new approach in the frictionless case we generalize to the case with friction. Sticking to the point of view of Lagrange on the equation of the dynamics, we emphasize the systematic use of virtual powers and duality. This bias suggests to put emphasis on generalized reaction forces in the statement of the evolution problem and not on local reaction forces of the real world, as it is usual in practice. This point of view allows to escape from pathologies known as Painlevé paradox.