La réalité augmentée (R.A.) est un domaine de recherche qui vise la combinaison d'environnements réels et virtuels en temps réel de façon à ce que ceux-ci semblent co-exister. De façon à obtenir un rendu réaliste, les interactions entre les deux environnements doivent être modélisées et gérées. Nous nous sommes intéressés à la gestion des occultations des objets virtuels par les objets réels. Cette gestion nécessite une acquisition d'informations 3D sur la scène réelle. Le projet du castelet électronique fournit un contexte applicatif approprié à cette étude. Deux approches d'acquisition sont présentées et analysées : une approche monoscopique basée sur une pré-modélisation approximative des objets réels et une approche stéréoscopique effectuant l'acquisition d'informations 3D en temps réel selon le point de vue

La métrologie industrielle est l'un des enjeux actuels de tous les secteurs d'activité qui nécessitent de réaliser un contrôle dimensionnel précis de produits afin de garantir des spécificités conformes aux normes et de tendre vers une qualité ``zéro défaut''. Les systèmes actuels utilisés s'appuient sur des technologies fondées sur la stéréométrie, la photogrammétrie, la projection de lumière structurée, la triangulation active ou le temps de vol. En général non polyvalents, encombrants, fragiles et ne pouvant s'adapter à des environnements hostiles, ces systèmes souffrent d'une limitation géométrique en raison de l'existence d'un angle mort dans lequel aucune mesure ne peut être réalisée.<br /><br />Dans cette thèse, nous proposons un nouveau capteur, le scanner conoscopique, capable d'effectuer des mesures dans les domaines macroscopiques et microscopiques, fonctionnant dans n'importe quel environnement, même hostile, très compact et utilisant de la lumière spatialement incohérente.<br /><br />Exploitant le principe de la conoscopie et donc des propriétés de biréfringence des cristaux, le scanner conoscopique est composé d'une caméra à couplage de charges (CCD), d'un système conoscopique et d'une unité de traitement de l'information. A partir des spécifications de ses performances en terme de précision au millième de millimètre sur les mesures 3D, nous avons été conduit à analyser et caractériser chaque élément de la chaîne de mesure dont la calibration est l'étape fondamentale.<br /><br />Nous avons tout d'abord développé une technique de calibration de la caméra à couplage de charges (CCD) à partir d'un modèle sténopé qui combine les paramètres intrinsèques et extrinsèques et exploitant les points d'amers. Nous avons abouti à une précision de 1.5% du champ d'analyse. Ensuite, nous avons proposé deux méthodes de calibration du système conoscopique, l'une analytique par calcul direct de la phase et exploitant les équations de l'optique et de la biréfringence des cristaux, l'autre expérimentale par dénombrement des franges d'interférence et s'appuyant sur la connaissance d'abaques incluant la variation de température, d'éclairement, la nature des matériaux et intégrant une modélisation globale du bruit d'acquisition. La validation expérimentale réalisée d'une part sur des profils géométriques simples (créneaux, escaliers...) et d'autre part sur des objets 3D réels a permis d'établir que la précision de mesure est de 1.5% du champ d'analyse.<br /><br />Ayant établi la faisabilité technologique de la calibration du système qui permet de garantir les spécifications souhaitées, nous nous sommes plus particulièrement interessé à deux configurations du scanner conoscopique : fixe et à balayage, dont nous avons analysé les performances sur des objets diffusifs pour des formes et des matériaux différents. Nous avons établi que la précision des mesures est de l'ordre du millième du champ de mesure.<br /><br />L'ensemble des contributions de cette thèse est intégré au système actuellement développé qui est par ailleurs commercialisé et utilisé dans des applications industrielles et médicales.

Le développement de différentes techniques pour contrôler les degrés de liberté internes et externes des molécules et pour produire (ultra-) froide, piège des moléculaire ensembles ouvrir des voies différentes à la physique et la chimie dans le régime de basse température. Il s'agit notamment de nombreux territoires en physique comme, phases quantiques de la matière, traitement de l'information quantique, les froides collisions moléculaires, les chimies froides et aussi de divers tests de haute précision pour la physique fondamentale. Cette thèse décrit diverses expériences de guidage et de décélération des faisceaux supersoniques d'atomes paramagnétiques à l'aide de champs magnétique inhomogène dépendent du temps. Ces champs magnétiques inhomogènes ont été utilisés pour exercer une force sur les atomes ou les molécules paramagnétiques, qui résultent de l'effet Zeeman. Le principe du ralentisseur Zeeman nouvellement développé est de produire un déplacement tridimensionnel du piège magnétique, à la vitesse initiale du faisceau. Le contrôle de la dépendance temporelle du champ magnétique nous permet de contrôler la vitesse du piège magnétique co-mobile, procurant ainsi une décélération d'une classe de vitesse du faisceau supersonique. Le piège magnétique co- mobile est déduit à partir d'une onde magnétique mobile, offrant un minimum de distorsion du piège lors de sa propagation. Les propriétés transverses du piège sont réglables grâce à un champ magnétique transversal quadrupolaire, qui peut être ajusté indépendamment des propriétés de vitesses et l'accélération du piège. Une grande part du travail de thèse a été consacrée à la conception, la réalisation et la construction du montage expérimental, consistant en un jet supersonique et en un dispositif complexe de bobines pour réaliser l'onde magnétique progressive, formant un piège magnétique mobile. Le jet froid pulsé d'atomes métastables est produit par expansion supersonique à travers une valve refroidie à l'azote liquide, excités dans l'état métastable par une décharge électrique. Nous avons guidé le jet d'argon au travers d'un tube capillaire le guidage et la décélération ont été démontrés. Le piège magnétique mobile est formé par la combinaison d'un champ magnétique quadrupolaire et d'un champ magnétique axial modulé spécialement. Le champ quadrupolaire est continu et un gradient de champ est dirigé seulement dans la direction transverse du jet. Le circuit plan produit une onde magnétique sinusoïdale avec un gradient de champ dans la direction axiale. Avec l'électronique fabriquée au laboratoire, ou peut produire une onde magnétique progressive d'amplitude 0.69T (avec un courant AC de 300A) et de fréquence 40 kHz. On obtient ainsi une onde qui se déplace à une vitesse de 464m/s. Plusieurs expériences de principe ont été réalisées en utilisant le jet froid pulsé d'argon métastable. Nous avons étudié les propriétés de guidage du quadrupole pour divers courants et pour différents atomes (hélium et argon) et comparé les résultats aux prédictions théoriques de simulations numériques. Le jet d'argon métastable a été guidé en 3D à des vitesses variées (464m/s, 400m/s, 392m/s) avec un décélérateur de 28cm de long. La température observée du paquet guidé est de 100mK. L'expérience de décélération a été réalisée avec le jet d'argon métastable depuis la vitesse de 400m/s jusqu'à 370m/s et depuis la vitesse de 392m/s jusqu'à 365m/s. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les simulations numériques.

Ce mémoire présente une étude de la modélisation POD-Galerkine réduite dans l'objectif du développement d'algorithmes robustes et efficaces de contrôle actif d'écoulements. Les deux premiers chapitres sont consacrés à la définition et au calcul numérique d'une base de modes POD et à la construction formelle de modèles dynamiques réduits par la méthode de Galerkine à partir des équations de Navier-Stokes. Le cas des écoulements incompressibles est traité en détail. Une étude de la modélisation d'un écoulement tridimensionnel turbulent, pour lequel le problème de la modélisation des petites échelles se pose, est ensuite menée : les interactions entre modes POD et les effets de la réduction de la base modale sont analysés qualitativement et quantitativement, à l'aide notamment d'une paramétrisation visqueuse. Dans le chapitre suivant, des méthodes de calibration, qui<br />reposent sur la résolution d'un problème d'optimisation, sont développées afin de pouvoir calculer automatiquement des modèles<br />réduits fiables pour un coût informatique raisonnable.<br />Enfin, le dernier chapitre est consacré au problème du contrôle d'écoulements par des actionneurs de soufflage ou d'aspiration : les stratégies d'exploitation de la modélisation POD-Galerkine pour le contrôle sont abordées, puis des investigations numériques sont présentées.

Le présent travail à caractère théorique et numérique étudie le comportement mécanique des interfaces sol granulaire-structure ainsi que son application aux pieux isolés sous chargement statique. A partir du modèle de comportement élastoplastique d'interface bidimensionnel "MEPI 2D", un modèle tridimensionnel dit "MEPI 3D" est développé afin de mettre en évidence l'effet des contraintes de confinement tridimensionnelles régnant à l'interface au cours du cisaillement. Ces modèles considèrent un écrouissage déviatorique, prennent en compte l'état caractéristique (notion de contractance-dilatance) et intègrent l'état critique aux grands déplacements tangentiels. Les prévisions du comportement de l'interface à l'aide de MEPI 3D sont satisfaisantes. Parallèlement à cette contribution rhéologique, une méthodologie générale de modélisation numérique par éléments finis d'un essai de chargement de pieu est proposée. Les modèles MEPI 2D et MEPI 3D sont implantés dans le code de calcul aux éléments finis CESAR-LCPC. L'analyse numérique par CESAR-LCPC d'un pieu modèle en chambre d'étalonnage (Cermes, type 1), de pieux modèles sur site réel (Imperial College Pile, type 2) et d'un pieu en vraie grandeur (caisson du LCPC, type 3) est menée considérant les modélisations axisymétriques (MEPI 2D, MEPI 3D) et tridimensionnelles (MEPI 3D). En comparant les prévisions numériques aux données expérimentales, il est montré que le comportement des pieux est correctement reproduit. Par ailleurs, la comparaison de l'influence des modèles MEPI 2D et MEPI 3D est abordée.

Dans ce travail nous avons ouvert des voies nouvelles pour la méthode des équations intégrales de frontière appliquée à la résolution des problèmes tridimensionnels de l'électromagnétisme en basse fréquence. Elles permettent de réaliser un maillage adaptatif associé à des résolutions approchées, locales, du système intégral. Dans le premier chapitre nous discutons brièvement les différentes méthodes numériques appliquées à l'électromagnétisme. Le deuxième chapitre est consacré à la méthode des équations intégrales de frontière. Nous y justifions nos choix particuliers (type et ordre des éléments discrétisant les frontières) et décrivons les algorithmes réalisés, par exemple pour la prise en compte des symétries ou périodicités des systèmes étudiés. Dans le troisième chapitre, nos méthodes de calcul des intégrales élémentaires, combinant l'analytique et le numérique, sont décrites et validées. Dans le chapitre quatre, nous présentons un estimateur d'erreur basé sur l'écart entre la valeur interpolée du potentiel et sa valeur calculée par la méthode intégrale elle-même. Pour finir, nous utilisons dans le chapitre cinq cet estimateur d'erreur pour réaliser automatiquement un. maillage adapté à chaque problème traité, en autorisant aussi un maillage « non-conforme ». Une méthode de résolution locale permet un gain important en temps de calcul pendant cette phase de maillage adaptatif. Le maillage final est séparé en domaines, ce qui permet d'améliorer le résultat par itérations entre ces domaines, et sans recourir à une résolution globale, très coûteuse pour des problèmes de grande taille.

L'acoustique du conduit vocal est souvent décrite avec de simples modèles ondes planes à une dimension. Cependant, cela n'est pas satisfaisant quand à haute fréquence (à partir d'environ 5 kHz) des variations tridimensionnelles du champ acoustique sont présentes. La théorie acoustique multimodale a été implémentée pour prendre en compte les aspects tridimensionnels de l'acoustique du conduit vocal.Un système expérimental a été conçu pour mesurer avec précision des fonctions de transfert, des champs de pression et des diagrammes de directivité sur des maquettes de conduits vocaux. Les données expérimentales obtenues ont été comparées avec les simulations réalisées avec la théorie implémentée et avec la méthode des éléments finis. Le champ acoustique tridimensionnel et les diagrammes de directivité ont été prédit avec succès par les deux méthodes de simulation. Il a été observé que la propagation de mode acoustique d'ordre supérieur induit des variations tridimensionnelles du champ acoustique, génère des antirésonances et des résonances additionnelles et affecte la directivité du son rayonné de façon significative. L'excentricité de la forme du conduit vocal apparaît comme critique pour l'excitation et la propagation des modes d'ordre supérieur.Il est conclu qu'à haute fréquence (au-delà de 5 kHz), la fonction de transfert du conduit vocal peut avoir des variations significatives dans des intervalles de fréquences petit (de l'ordre de 100 Hz) et dans des régions angulaires restreintes (de l'ordre de 30°) qui nécessitent d'être prise en compte dans les études de la parole qui se focalisent sur les hautes fréquences. / The vocal tract acoustics is often described witha simple one dimensional plane wave approach.However, this is not satisfying when at high frequency(from about 5 kHz) three dimensional variations ofthe acoustic fieldare present. The multimodal acoustic theory has beenimplemented in order to account for the threedimensional aspects ofthe vocal tract acoustics.An experimental setup has been designed to measure accuratelytransfer functions, pressure field maps and directivitypatterns of vocal tract replicas.The experimental data obtained have been compared withsimulations performed with the implemented theory andwith a finite element method.The three dimensional acoustic fields and the directivitypatterns were successfully predicted by both simulationmethods.It has been observed that the propagation of higher orderacoustical modes, induces three dimensional variations ofthe acoustic field, generates anti-resonances andadditional resonances, and significantly affects the directivityof the radiated sound.The eccentricity of thevocal tract shape appears as critical for the excitation and thepropagation of the higher order acoustical modes.It is concluded thatat high frequency (above 5 kHz), the transfer functionof the vocal tract can have significant variationswithin short frequency intervals (of the order of 100Hz) and within small angular regions (of the order of30°) which need to be taken into account inthe studies of speech which focus on high frequencies.

La nécessité d'une transmission sans fils des données à des débits élevés, à la fois fiables et avec de faible latence a donné lieu à ces dernières années à une succession de normes sans fil, allant de 3G-4G, WLAN à la cinquième génération (5G) des réseaux mobiles. Dans ce contexte, les équipementiers, ainsi que les opérateurs, doivent élaborer des méthodes d'essai standard précises et efficaces pour évaluer les performances des systèmes et des terminaux. Les méthodologies de test en direct par voie aérienne ("Over-The-Air") (OTA) visent à reproduire des environnements multi-trajets radio en laboratoire de manière répétable et contrôlable, en évitant les coûteuses mesures in-situ. L'objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle méthodologie d'essai OTA, afin de reproduire la propagation des canaux radio, sur une large bande et d'évaluer les performances des systèmes sans fil dans des environnements réels. La thèse débute en présentant les bases de la chaîne radio et de certains modèles de chaînes présentés dans la littérature. Ensuite, un examen critique des méthodologies OTA existantes dans la littérature est fourni. Parmi les différentes méthodologies, nous avons opté pour l'approche de la chambre anéchoïde multi-sonde, qui consiste à déployer un certain nombre de sondes autour d'un équipement radio sous test et à les alimenter avec un émulateur d’évanouissements (fading). Cette méthodologie fournit une reproduction précise des caractéristiques des canaux spatiaux, qui sont nécessaires pour évaluer la performance des terminaux multi-antennes dans des environnements réels. L'avantage le plus important de cette méthodologie est la capacité d'imiter différents modèles de canaux en termes de résolution spatiale, d’évanouissements angulaire et temporel. Un outil de simulation a été développé pour étudier et déterminer les caractéristiques de l'installation OTA pour différents types de canaux d’intérêt. En particulier, le nombre et la mise en place des antennes nécessaires et la taille de l'installation ont été étudiés en fonction de la taille électrique du dispositif testé. Sur la base des études de dimensionnement, une configuration OTA expérimentale a été réalisée pour reproduire les caractéristiques des canaux dans l'espace tridimensionnel pour une plage de fréquences de 2 à 6 GHz. / The need for high data-rate, reliable and low latency transmission in wireless communication systems motivated a multitude of wireless standards, spanning from 3G-4G, WLAN to the upcoming fifth generation (5G) of mobile networks. In this context, technology providers, as well as operators, need to develop accurate and cost effective standard test methods, to evaluate devices performance. Over-The-Air (OTA) test methodologies aim to reproduce radio multipath environments in laboratory in repeatable and controllable manner, avoiding costly field test. The focus of this thesis is to propose a new OTA test methodology, in order to emulate radio channel propagation, over a wide band, and to evaluate the performance of the wireless systems in real environments. We start our study by introducing the basics of radio channel and some channel models presented in literature. Then a critical review of existing OTA methodologies in literature is provided. Among the different methodologies we opted for the multi-probe anechoic chamber approach, which consists into deploying a number of probes around a device, and feed them with fading emulator. This methodology provides an accurate reproduction of spatial channel characteristics, which are needed to assess the performance of multi-antenna terminals in real environments. The most important advantage of this methodology is the capability to emulate different channel model in term of spatial resolution, angular and temporal fading. A simulation tool was developed to investigate and determine the OTA setup under different channel condition. In particular the number and emplacement of antennas needed and the size of the setup were investigated as a function of the electrical size of the device under test. Based on the dimensioning studies, an experimental OTA setup was realized to reproduce the channel characteristics in the three dimensional space for a frequency range from 2 to 6 GHz.

Ce travail de mémoire présente la modélisation numérique et l'analyse de l'écoulement dans un seul passage de la roue d'une turbine hydraulique axiale de type hélice à l'aide du logiciel ANS YS CFX 11.0. Une approche Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS), basé sur le modèle Shear Stress Transport (SST), a été utilisée pour modéliser numériquement l'écoulement. Les simulations prennent en considération le jeu à l'extrémité des aubes. Souvent, le jeu est omis dans les simulations numériques dans les roues de turbines hydrauliques. Cependant, il donne lieu à l'écoulement de fuite interne et autres phénomènes turbulents, tel que le tourbillon de bout d'aube. La comparaison des simulations avec les mesures expérimentales réalisées dans la roue du modèle réduit de la turbine hélice démontrent que l'inclusion du jeu dans les simulations est essentielle pour mieux représenter les caractéristiques réelles de l'écoulement dans la roue de la turbine hélice et ainsi améliorer la prédiction de la performance de la roue d'une turbine hydraulique axiale.

Notre travail porte sur la définition d'outils de conception préliminaire de mécanismes, capables de construire des solutions admissibles à partir d'un cahier des charges donné et de débuter le processus de conception (esquisse et dimensionnement approché des formes des pièces).<br /><br />Dans cette optique, nous proposons une méthode de conception adaptée à la classe des mécanismes de transmission de mouvement rotatif, à structure linéaire, à 1 degré de mobilité et à rapport constant. Le logiciel CASYMIR (Conception Assistée de SYstèmes Mécaniques de transmIssion en Rotation) a été développé pour illustrer cette démarche qui comporte 3 étapes :<br /><br />À l'étape de synthèse topologique, un algorithme créatif génère l'ensemble des mécanismes-solutions admissibles. Il est basé sur l'exploration combinatoire d'une base de mécanismes (engrenages, courroies, trains épicycloïdaux, accouplements, etc.) et sur des règles de conception permettant d'éliminer les combinaisons inadaptées. Les mécanismes-solutions sont classés par ordre de préférence grâce à une méthode multi-critères ou par un algorithme de logique floue.<br /><br />Pour le pré-calcul dimensionnel, nous proposons la notion de squelette de mécanisme, qui est une représentation filaire spatiale des arbre, des entraxes et des angles du mécanisme. On peut alors construire un modèle géométrique basé sur celui de Denavit-Hartenberg puis l'optimiser pour trouver la position et l'orientation des étages minimisant l'encombrement et vérifiant les conditions de fermeture du mécanisme.<br /><br />La dernière étape de synthèse dimensionnelle permet de calculer les dimensions principales du mécanisme en intégrant des contraintes à la fois géométriques (non interférence des pièces, continuité géométrique et cinématique) et technologiques (résistance des dentures d'engrenages, rapport de réduction, etc.) au sein d'un même problème d'optimisation.<br /><br />Enfin, l'étude d'un réducteur industriel permet de valider le logiciel et la démarche.